光热驱动的废塑料超临界H2O-CO2共气化发电耦合系统及方法

本发明属于废弃塑料无害化处理与资源化利用，涉及一种光热驱动的废塑料超临界h2o-co2共气化发电耦合系统及方法，尤其涉及一种太阳能光热驱动的废弃塑料超临界h2o-co2共气化发电耦合系统及方法。

背景技术：

1、废弃塑料若得不到及时、合理的处理，会对环境造成严重危害。传统的废弃塑料处理手段有焚烧和填埋，这些方法通常无法有效地回收塑料资源，导致塑料资源和塑料本身包含的能源的浪费。焚烧过程会产生大量的温室气体和有毒气体，导致环境污染。填埋塑料可能引起有害化学物质渗漏到土壤和地下水中，也导致严重的环境污染问题。因此，需要开发清洁、低碳、绿色的废弃塑料无害化处理与资源化利用新技术。

2、超临界h2o-co2共气化技术是一项近年来开发的清洁、低碳的废弃物资源化利用新技术。该技术利用超临界水(即温度超过374℃，且压力超过22.1mpa的水)的高扩散性、高溶解性、低粘度等优良的物理化学性质，可将各种有机物高效地转化为含h2、co的优质气体燃料，而且气化过程中无nox、sox产生。此外，气化剂中的co2可与有机物中的有机碳发生化学反应，生成co，从而实现co2的资源化转化利用，促进双碳目标的实现。

3、然而，基于超临界h2o-co2共气化原理的发电技术是一项需要大量外源性能量输入的能源化工技术，通常需要消耗电力资源或者燃烧部分气化产物来给供热，从而降低了系统的经济性。同时，难以循环利用燃烧产物中的二氧化碳，增加了发电过程的碳排放。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种太阳能光热驱动的废弃塑料超临界h2o-co2共气化发电耦合系统及方法。本发明通过太阳能熔融盐储热系统和超临界h2o-co2共气化发电系统的耦合设计，实现太阳能熔盐储热技术在处理有机废弃固废方面的应用。该系统以清洁能源作为输入，减少了处理塑料等废弃固废的能量投入；系统输出电能并回收利用产生的co2，控制了温室气体的排放，实现了废弃塑料的无害化处理和资源化利用。因此，本系统在废弃塑料/生物质处理等多种工业场景都具有较大的应用潜力。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的第一方面提供一种太阳能光热驱动的废弃塑料超临界h2o-co2共气化发电耦合系统，包括

4、燃烧器，用于进行废弃塑料气化产物的燃烧反应，得到含h2o、co2混合工质；

5、供氧系统，包括与燃烧器进料口依次连接的第一压缩机和o2储气罐；

6、发电系统，包括以所述含h2o、co2混合工质为工作介质的混合工质汽轮机，以及与混合工质汽轮机传动连接的发电机；

7、燃烧产物分离系统，包括与混合工质汽轮机工作介质出口依次连接的冷却器和气液分离器，所述气液分离器用于从所述含h2o、co2混合工质中分离出h2o、co2；

8、太阳能-熔盐供热系统，包括循环连接的塔式集热器、热熔盐储罐、熔盐换热器组、冷熔盐储罐；其中，所述熔盐换热器组包括并联设置的熔盐-h2o换热器与熔盐-co2换热器；所述熔盐-co2换热器的冷侧入口通过第二压缩机与气液分离器的气相出口相连通，用于使co2达到超临界温度；所述熔盐-h2o换热器用于使h2o达到超临界温度；所述第一压缩机与第二压缩机通过调控相应介质压力进而调控流化床反应器达到h2o、co2的超临界压力；

9、流化床反应器，用于在超临界h2o、超临界co2的混合工质下进行废弃塑料的气化反应。

10、进一步地，所述熔盐换热器组上下游分别设有第一熔盐泵、第二熔盐泵。

11、进一步地，所述熔盐换热器组中，熔盐-co2换热器的支路上设有第一流量调节阀，熔盐-h2o换热器的支路上设有第二流量调节阀。

12、进一步地，该系统还包括供水系统，

13、所述燃烧器为套管式燃烧器，包括燃烧侧与换热侧，所述供水系统经过换热侧与熔盐-h2o换热器的冷侧相连通。

14、进一步地，所述供水系统包括与所述换热侧依次连接的预热水泵、第三流量调节阀、水箱。

15、进一步地，所述气液分离器的液相出口与水箱相连通。

16、进一步地，所述气液分离器的气相出口还设有储气支路，所述储气支路依次设有第三球阀和co2储气罐。

17、进一步地，该系统还包括混合器，和设于流化床反应器底侧入口处的分布板；所述熔盐-h2o换热器产生的超临界h2o、熔盐-co2换热器产生的超临界co2通过混合器与分布板进入流化床反应器。

18、进一步地，所述冷却器的冷侧分别与燃烧器、第一压缩机相连通，热侧分别与混合工质汽轮机、气液分离器相连通。

19、本发明的第二方面提供一种基于如上所述系统的太阳能光热驱动的废弃塑料超临界h2o-co2共气化发电耦合方法，包括：

20、通过塔式集热器制得热熔融盐，并分别通入熔盐-h2o换热器与熔盐-co2换热器；

21、废弃塑料浆料与经过第一压缩机加压的o2在燃烧器中进行燃烧反应，得到含h2o、co2混合工质；

22、以含h2o、co2混合工质作为工作介质驱动混合工质汽轮机，进而带动发电机产生电能；

23、通过气液分离器从混合工质汽轮机排出的含h2o、co2混合工质中分离出h2o、co2；

24、co2经过第二压缩机加压后送入熔盐-co2换热器加热，得到超临界co2；

25、通过第一压缩机、第二压缩机将相连通的熔盐-h2o换热器、熔盐-co2换热器、流化床反应器、燃烧器的压力调节至超临界co2压力与超临界h2o压力以上；

26、h2o送入熔盐-h2o换热器加热，得到超临界h2o；

27、将超临界co2与超临界h2o通入流化床反应器；

28、废弃塑料浆料在流化床反应器中，于超临界h2o、超临界co2的混合工质下进行气化反应，气化反应典型工况为：温度600～650℃，压力25～28mpa；

29、气化产物与经过第一压缩机加压后的o2在燃烧器中进行燃烧反应，得到含h2o、co2混合工质。

30、作为优选的技术方案，所述燃烧器为套管式燃烧器，包括燃烧侧与换热侧，燃烧侧进口分别与流化床反应器、供氧系统相连通，出口与混合工质汽轮机相连通；换热侧进口与供水系统相连通，出口与熔盐-h2o换热器相连通；

31、所述冷却器的热侧进出口与混合工质汽轮机、气液分离器相连通。

32、即利用燃烧器的燃烧热对进入熔盐-h2o换热器进行预热，再对进入流化床反应器前的氧气进行预热，完成气化产物热量的梯级、有序利用。

33、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

34、1)本发明物料适用性广，可使用废弃塑料，也可使用餐厨废弃油、含油废水作为物料，从而实现废弃物的无害化处理与资源化利用；

35、2)本发明应用太阳能光热集热耦合熔融盐储热的技术和超临界h2o-co2共气化反应的方法，不仅能将间歇性和不稳定性的太阳能转化为高品质合成气的化学能，实现太阳能的稳定存储，同时还可规避常规气化发电技术的诸多不足，符合清洁、可持续的需求；

36、3)本发明通过h2o-co2共气化反应来制备混合工质，获得高附加值合成气燃料，驱动混合工质汽轮机的运转，生产高质量电能；

37、4)本发明中合成燃料气的主要燃烧产物h2o、co2能够通过气液分离装置回收利用，气化剂中的co2可与有机物中的有机碳发生化学反应，生成co，从而不仅减少了co2对环境温室效应的贡献，满足了碳减排的要求，还达到了资源循环利用的目的，可提高系统的经济性。