光热驱动的废塑料超临界H2O-CO2共气化制氢系统及方法

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弃塑料超临界h2o-co2共气化制氢系统及方法，尤其涉及一种太阳能光热驱动的废弃塑料超临界h2o-co2共气化制氢系统及方法。

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374oc，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h2、co、ch4以及co2小分子气体产物，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，由于超临界h2o-co2共气化技术是一项需要大量外源性能量输入的能源化工技术，传统的超临界h2o-co2共气化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。

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共气化制氢系统及方法。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；系统输出清洁的氢气和合成气燃料副产品，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塑料超临界h2o-co2共气化制氢系统，包括

4、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；

5、供水系统，与熔盐-h2o换热器相连通以将水加热至超临界温度；

6、co2供应系统，与熔盐-co2换热器相连通以将co2加热至超临界温度；

7、废弃塑料气化反应系统，包括依次连接的流化床反应器、冷却器、背压阀、气液分离器、h2分离器；

8、所述背压阀用于调控流化床反应器内压力，使其达到水和co2的超临界压力，并得到超临界h2o和超临界co2；

9、所述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浆料的气化反应，所述h2分离器用于对冷却、调压、气液分离后的气化反应物料进一步分离，得到h2和合成气副产物。

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，所述废弃塑料气化反应系统还包括依次连接的储料罐、粉碎机、制浆机，以及设于流化床反应器、冷却器之间的回热器；

13、所述制浆机的出口与流化床反应器的入口相连通。

14、进一步地，所述供水系统包括与回热器冷侧入口相连通的预热水管路，以及沿流动方向依次设于预热水管路上的水箱、第四流量调节阀、预热水泵；

15、所述回热器冷侧入口出口与熔盐-h2o换热器冷侧入口相连通。

16、进一步地，所述供水系统还包括供水支路，以及设于供水支路上的第三流量调节阀；

17、所述供水支路一端连接于水箱、第四流量调节阀之间，另一端连接于粉碎机、制浆机之间。

18、进一步地，所述气液分离器的液相出口与水箱相连通。

19、进一步地，所述co2供应系统包括依次连接的co2储气罐、压缩机，所述压缩机出口与冷却器冷侧入口相连通；

20、所述冷却器冷侧出口与熔盐-co2换热器冷侧入口相连通。

21、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。

22、本发明的第二方面提供一种太阳能光热驱动的废塑料超临界h2o-co2共气化制氢方法，包括：

23、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；

24、供水系统将水通入熔盐-h2o换热器得到超临界h2o，co2供应系统将co2通入熔盐-co2换热器得到超临界co2，将超临界h2o和超临界co2一同送入流化床反应器；

25、废弃塑料浆料在流化床反应器中，与超临界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；

26、作为优选的技术方案，所述废弃塑料浆料由废弃塑料经过粉碎机粉碎，再与水在制浆机中混合，制得。

27、作为优选的技术方案，所述流化床反应器的出口物料通过回热器对供水系统流出的水进行预热。更优选的，系统通过背压阀调节系统压力，使得系统压力稳定维持在水的超临界压力以上。

28、作为优选的技术方案，所述流化床反应器的出口物料通过回热器后，再通过冷却器与co2原料进行换热，以预热co2。

29、所述流化床反应器的出口物料包括反应生成的h2、co、ch4和co2与剩余的超临界h2o组成的混合物。

30、反应产物依次经过冷却、调压、气液分离后，再通入h2分离器进一步分离，得到h2和合成气副产物；

31、所述合成气副产物是指由co、ch4及co2组成的高附加值合成气副产物。

32、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

33、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脂、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；

34、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共气化制氢的方法，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技术的诸多不足，实现了将废弃物向氢能源的转化，符合清洁、可持续的需求；

35、3）本发明通过h2o-co2共气化反应来制备氢气，同时能够获得高附加值合成气燃料副产品；

36、4）本发明所用气化剂中的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。