一、文献综述
1.摘要
太阳能，由于其储量丰富，清洁无污染，被认为是最具开发前景的可再生能源之一。但同时，因为能量密度低、分布不连续，导致目前无法大规模的加以利用。一般来说，太阳能氢气热化学过程，像直接热解或水热解化学循环，需要高温(超过1000℃)作为热源来实现高效的转换。超临界水气化(Supercritical water gasification，缩写为SCWG)是20 世纪70 年代中期由美国麻省理工学院(MIT)的Modell提出的新型制氢技术。超临界水(SCW)是指温度和压力均高于其临界点(温度374 .15 ℃, 压力22 .12 MPa)的具有特殊性质的水。SCWG 是利用超临界水强大的溶解能力, 将生物质中的各种有机物溶解, 生成高密度、低黏度的液体,然后在高温、高压反应条件下快速气化, 生成富含氢气的混合气体【1】。超临界水是一种很好的有机化合物溶剂，可以使在超临界水中的生物质气化在仅高于600℃的条件下进行。因此，它成为一种目前最方便和高效的制氢方式，太阳能热转换过程也有很好的应用前景。目前已经对不同种有机物进行了超临界水气化制氢研究，如葡萄糖、甲醇、纤维素、木质素、有机废水等，得到相关的实验数据及相应的计算模型【2】【3】。利用水在临界点附近的特殊性质，实现生物质的完全气化，产物中氢气的体积分数可达50%以上；并且不生成焦油、焦炭等污染物，不产生二次污染【4】；对含水量较高的湿生物质可直接气化，无需高能耗的干燥过程【5】。
2.太阳能驱动超临界水气化制氢过程分析
利用槽式抛物面反射镜聚光，将太阳光聚在一条线上，在这条焦线上安装有管状集热器，以吸收聚焦后的太阳辐射能。一般为一维追踪，几何聚光比在10-100之间，温度可达400℃。系统一般由聚光集热装置、蓄热装置、热机发电装置等组成。具有可大规模利用，技术成熟，成本低廉等优点。有关实验过程【6】已经搭建好一个聚光集热系统，该系统具有一个直径为5m的可追踪多碟式集热器用以聚焦太阳能，集热器由16块直径1米的抛物面反射器组成，其焦距为3.25米，焦平面直径为250毫米。用一个具有外径350mm、内径300mm的孔径的长250mm的圆柱形接收器接收太阳光，为了减少辐射热损，孔内安装了红外光学石英玻璃。
集热管玻璃管对外界的传热主要为辐射换热和对流换热，由实验测得【7】：辐射换热量随环境温度的降低而增加，环境温度每下降10℃，辐射放热量增加约105W/m。对流换热量和对流换热系数随风速的升高而升高，在玻璃外管温度为50℃，风速6m/s比0.5m/s的工况对流换热量增加约为116W/m，在玻璃外管壁温度为80℃，该值约为340W/m。环境风速为0.5m/s，对流换热系数为7.3W/（K），风速在6m/s，对流换热系数为27.82W/（K）。另外，集热管表面的选择性吸收涂层的吸收比、热稳定性及真空环境均会影响最终的集热器效率【8】。
成功构建【6】了多碟聚焦和自旋—俯仰轮胎面定日镜聚焦太阳能与生物质超临界气化耦合制氢系统各一套(流量分别为3.6 kg/h和12 kg/h)。装置的设计温度为700℃，压力30 MPa，太阳能聚焦功率6 kW。实现了直接太阳能驱动热化学分解水和生物质制氢，初步实验结果验证了太阳能热化学分解和生物质超临界水制氢技术的可行性。
由于在高温条件下物质性质的优势，如高比热容、低蒸汽压、低腐蚀性和有毒化学稳定性等，熔盐作为一种理想的传热介质被广泛应用于化工、冶金、核工业。有关实验过程【9】使用了配比为53%KNO3、40%NaNO2、7%NaNO3的熔盐作为吸收和储存热量的工质，在动力工程多相流国家重点实验室(SKLMFPE)已经建造了新型的熔盐传热体系。为了加强管道内熔盐侧的换热系数，该实验对管径及管形状进行了研究，发现螺旋盘管由于二次涡流效应加大了流体的紊流度，同时缩小环形管的内外径比带来额外涡流，均可加大对流换热系数，提高系统的换热效率。
2.太阳能驱动超临界水气化生物质实验研究结果
