一种废弃塑料超临界H2O-CO2共气化发电系统及方法

本发明涉及废弃塑料无害化处理，具体为一种废弃塑料超临界h2o-co2共气化发电系统及方法。

背景技术：

1、焚烧和填埋是当前最主要的两种废弃塑料处理方式，但这两种传统处理方式通常会带来较大的环境危害，具体表现在焚烧会释放大量的有毒气体和温室气体，而填埋则会使得有害的化学物质渗透到土壤和地下水中，引发土壤和地下水污染。因此，开发新的清洁、低碳且环保的废弃塑料处理和资源化技术具有重要意义。

2、超临界h2o-co2共气化技术是一项具有诸多优势的新兴技术，它不仅能够有效地将废弃物转化为有价值的资源，还在此过程中保持了环境的清洁，避免了有害物质的产生。特别是其能够将气化剂中的co2与有机物中的有机碳发生化学反应，生成co，这一特性不仅实现了co2的资源化利用，还对于推动全球的双碳目标具有积极的意义。这种技术的应用有望在未来为废弃物处理和环境保护领域发挥积极作用。

3、但是，超临界水h2o-co2共气化反应需要将常温的h2o和co2升温至超临界态，而这一过程需要大量热量，当前普遍的做法是通过电加热来供热，而这不可避免的需要消耗高品位的电力资源。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种废弃塑料超临界h2o-co2共气化发电系统及方法，以解决现有技术中如何实现发电系统在有无光源的条件下连续性运行的技术问题。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供了一种废弃塑料超临界h2o-co2共气化发电系统，包括第一熔盐储热系统、混合器、气化反应器、第二熔盐储热系统、气化反应单元和燃料电池发电系统，其中第二熔盐储热系统包括第一储热单元和第二储热单元；

4、所述混合器的输入端用于输入液态co2和h2o，所述混合器的输出端连接至第一熔盐储热系统的输入端；

5、所述气化反应器的输入端分支设置，其中一支路输入端用于输入废弃塑料浆料，另一支路输入端连接至第一熔盐储热系统的输出端；

6、所述气化反应器的输出端分支设置，其中一支路输出端连接第一储热单元的输入端，另一支路输出端连接至气化反应单元的输入端；

7、所述第二储热单元的输出端经气化反应单元连接至第一储热单元；

8、所述气化反应单元的输出端连接至燃料电池发电系统。

9、优选的，第一熔盐储热系统包括塔式集热器、第一热熔盐储罐、第一换热器以及第一冷熔盐储罐；

10、所述塔式集热器的出口连接至第一热熔盐储罐的入口；所述第一热熔盐储罐的出口连接至第一换热器的热侧工质入口；所述第一换热器的热侧工质出口连接至第一冷熔盐储罐的入口，所述第一冷熔盐储罐的出口连接至塔式集热器的入口；

11、所述混合器的输出端连接第一换热器的冷侧工质入口，所述第一换热器的冷侧工质出口连接至气化反应器的一支路输入端。

12、进一步的，第一热熔盐储罐的出口至第一换热器的热侧工质入口的之间依次设有第一球阀和第一熔盐泵；

13、所述第一换热器的热侧工质出口至第一冷熔盐储罐的入口之间依次设有第二熔盐泵和第二球阀。

14、优选的，第一储热单元包括第二热熔盐储罐、燃烧换热器、第二换热器、第一冷却器以及第一气液分离器；

15、所述燃烧换热器的热侧工质入口连接至气化反应器的一支路输出端；所述燃烧换热器的热侧工质出口连接至第二换热器的热侧工质入口；所述第二换热器的热侧工质出口与第一冷却器的热侧工质入口连接；所述第一冷却器的热侧工质出口与第一气液分离器的入口连接；

16、所述第二热熔盐储罐的入口连接至燃烧换热器冷侧工质出口；所述燃烧换热器冷侧工质入口经气化反应单元连接至第二储热单元的输出端；

17、所述第二换热器的冷侧工质入口用于输入液态o2，所述第二换热器的冷侧工质出口连接至燃烧换热器热侧工质入口。

18、进一步的，气化反应器的一支路输出端与燃烧换热器的入口之间设有第二流量调节阀；

19、所述燃烧换热器冷侧工质出口与第二热熔盐储罐的入口之间设有第三熔盐泵；

20、所述第一冷却器的热侧工质出口与第一气液分离器的入口之间设有第一背压阀。

21、更进一步的，第二储热单元包括第二冷熔盐储罐，所述第二冷熔盐储罐的出口经气化反应单元连接至燃烧换热器冷侧工质入口；

22、所述第二冷熔盐储罐的出口与气化反应单元之间设有第四熔盐泵。

23、优选的，气化反应单元包括第三换热器、第二冷却器以及第二气液分离器；

24、所述第三换热器的热侧工质入口连接至气化反应器的一支路输出端；第三换热器的热侧工质出口与第二冷却器的热侧工质入口连接，所述第二冷却器的热侧工质出口与第二气液分离器的入口连接；所述第二气液分离器的出口连接至燃料电池发电系统；

25、所述第三换热器的冷侧工质入口连接至第二储热单元；第三换热器的冷侧工质出口连接至第一储热单元。

26、进一步的，第三换热器的热侧工质入口与气化反应器的一支路输出端之间设有第一流量调节阀；

27、所述第二冷却器的热侧工质出口与第二气液分离器的入口之间设有第二背压阀。

28、进一步的，燃料电池发电系统包括h2分离器和燃料电池；

29、所述h2分离器的输入端连接第二气液分离器的出口，所述h2分离器的输出端连接至燃料电池的入口。

30、第二方面，本发明还提供了一种废弃塑料超临界h2o-co2共气化发电方法，基于上述所述的一种废弃塑料超临界h2o-co2共气化发电系统，包括如下过程：

31、启动第一熔盐储热系统、第二熔盐储热系统、气化反应单元和燃料电池发电系统；将常温高压的液态co2和h2o经过混合器以及第一熔盐储热系统进行换热至超临界状态后进入气化反应器内；

32、在气化反应器内，超临界h2o以及超临界co2与废弃塑料浆料发生超临界h2o-co2共气化反应，得到反应产物为h2、co、ch4，以及未反应完的h2o和co2；

33、将气化反应器出口的气化反应产物通过两股物流分配，其中第一股气化反应产物物流进入气化反应单元依次进行释热降温降压以及气液分离，得到成分为h2、co、ch4及co2的气相混合产物和液相产物h2o，气相混合产物中的h2进入燃料电池发电系统，最终产出高品质电能；另一股气化反应产物物流进入第二熔盐储热系统依次与o2进行氧化反应、释放并存储热量、降温降压以及气液分离，最终得到液态h2o和气态co2；

34、当热能不足时，关闭第二熔盐储热系统，将第二熔盐储热系统所存储的热量传递至混合器的出口物流，使得co2和h2o在进入气化反应器之前达到超临界状态，以此来维持整个气化反应系统的正常运行。

35、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

36、本发明提供了一种废弃塑料超临界h2o-co2共气化发电系统，将混合器的输入端用于输入常温高压的液态co2和h2o，混合器的输出端连接至第一熔盐储热系统的输入端，气化反应器的输入端分支设置，其中一支路输入端用于输入废弃塑料浆料，另一支路输入端连接至第一熔盐储热系统的输出端，气化反应器的输出端分支设置，其中一支路输出端连接第一储热单元的输入端，另一支路输出端连接至气化反应单元的输入端，第二储热单元的输出端经气化反应单元连接至第一储热单元，气化反应单元的输出端连接至燃料电池发电系统，利用太阳能光热熔盐储能技术，为超临界h2o-co2共气化吸热反应提供热源，其中通过气化反应器气化生成的气体产物，一部分用于与第二熔盐储热系统发生氧化反应，并放出大量的热，释放的热量通过熔盐储存起来，以备没有光源时利用；另一部分气化产物，在经气化反应单元逐级释热，并输送至燃料电池发电系统后，最终输出电力，实现了从低品位废弃塑料能源到高品位电能的全天候、稳定、持续的转换，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。

37、进一步的，第一熔盐储热系统包括塔式集热器、第一热熔盐储罐、第一换热器、第一冷熔盐储罐，便于使得常温高压的液态co2和h2o经混合器和第一换热器换热后，被加热至超临界状态，在保证液态co2和h2o在超临界状态下进入气化反应器内。

38、进一步的，第一储热单元包括第二热熔盐储罐、燃烧换热器、第二换热器、第一冷却器以及第一气液分离器，使得气化生成的气体产物与氧气在燃烧换热器中发生氧化反应，并放出大量的热，释放的热量通过熔盐储存起来，以备在无光源的条件下使用。

39、进一步的，气化反应单元包括第三换热器、第二冷却器以及第二气液分离器；使得气化反应器输出的气化产物在经第三换热器和第二冷却器逐级释热，并经第一背压阀、第二气液分离器、h2分离器以及燃料电池后，最终输出电力。

40、本发明还提供了一种废弃塑料超临界h2o-co2共气化发电方法，基于上述所述的废弃塑料超临界h2o-co2共气化发电系统，依托于太阳能熔盐储热技术，通过巧妙结合太阳能熔盐储热、超临界h2o-co2共气化、燃烧换热以及燃料电池四大系统，将太阳能熔盐储热技术应用于有机固废处理和燃料电池发电领域。该系统利用清洁的太阳能作为能量来源，显著降低了处理废弃塑料等固废所需的能量投入，其输出不仅包含高品质的电能，还伴有合成气燃料这一副产品，同时实现了废弃塑料的减量、无害化处理和资源化利用。因此，本系统在实现有机固废的低成本处理方面展现出较大的应用潜力。