[发明专利]利用小型氟盐冷却高温堆余热热解垃圾制氢系统及方法

说明书

本发明公开了一种利用小型氟盐冷却高温堆余热热解垃圾制氢系统及方法，包括核反应与热量交换系统、垃圾热解系统、二氧化碳补偿系统、气体净化系统。核反应与热量交换系统采用以熔盐堆为代表的第四代核反应堆和FLiNaK‑CO₂换热器，产生符合垃圾热解要求的高温气化剂；垃圾热解系统采用单流化床气化炉，使热量充分利用；二氧化碳补偿装置与热解反应后气体冷却的热交换器相连进行预热，实现多级温度利用；气体净化系统对热解后可燃气体进行处理制得纯净的氢气；该系统及方法以核电为热源实现对垃圾的热解气化处理，并对氢气进行分馏提纯，能耗及成本较低，同时热解处理过程中不产生有害物质；本发明既能实现高品质能源的综合高效利用，也能减少传统焚烧垃圾方法所产生的温室气体排放，符合环境友好的发展方略。

技术领域

本发明涉及新能源与可再生能源应用领域，具体涉及一种利用小型氟盐冷却高温堆余热热解垃圾制氢系统及方法。

背景技术

面对世界城市化进程越来越快，城市垃圾泛滥已成为城市的一大灾难。世界各国已不仅限于掩埋和销毁垃圾这种被动“防守”战术，而是积极采取有力措施，进行科学合理地综合处理利用垃圾。我国有丰厚的垃圾资源，存有极大的潜在效益。全国城市每年因垃圾造成的损失约近300亿元(运输费、处理费等)而将其综合利用却能创造2500亿元的效益。

目前我国城市生活垃圾处理方法主要有卫生填埋、堆肥法和直接焚烧法，其中卫生填埋和堆肥法存在污染土壤和需占用大量土地的直接弊端，直接焚烧法虽有利于垃圾减量化，但焚烧过程中会产生二噁英等剧毒有机物，对人类赖以生存的自然环境会造成不可逆转的破坏，对当地人类生活有一定的影响。针对以上几种处理方法的弊端，国外研发机构提出了一种垃圾气化处理方案，其原理是在密闭室内(缺氧条件下)利用高温热能加热垃圾，使其有机化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物转变为小分子量的CO、H₂、CH₄等可燃气体，这些高温热解气体经过净化处理后可用于生产液体燃料或者发电。该高温热解过程可以有效避免二噁英等有毒物质的产生。垃圾高温热解的温度需达到600～1000℃，国外开展了等离子体气化垃圾处理技术，该技术是在充满氮气等惰性气体的密闭室内通过高压电流产生等离子弧，从而产生900～1600℃的高温环境来达到垃圾热解气化的条件，但等离子体气化技术存在工艺不稳定和等离子体电耗较昂贵的弊端，目前仅处于试验或小型商业化摸索阶段，大型商业化存在能耗较高的问题。由于等离子体气化技术成本较高，同时国内与国外城市生活垃圾成份差异性较大，因此无法单纯地引进国外等离子体气化技术来实现垃圾处理的商业化，噬待寻求一种新的能源供应体系。

核能作为清洁能源已得到了广泛应用。目前，我国开展了第四代核电技术的研究，如高温气冷堆、熔盐堆、铅冷快堆和钠冷快堆等先进反应堆，其特点之一为该类堆型冷却剂出口温度较高(800～1100℃)，在传统的发电环节前，这些高热品质能量可以更高效地应用于工业生产中，即按质用能，因此需要设计出一种系统及方法，该系统及方法能够以核能作为热源，以实现对垃圾的热解气化处理。

氢是一种清洁的能源，但是在自然界多以化合物的形式存在，氢的制取需要相应的方法，并消耗能源，因此氢被称为二次能源。目前，公知众多制取氢的方法(如电解)能耗大，成本高，有的对环境还有污染，严重制约了二次能源氢的开发利用。而利用新型核反应堆所生产的高温热源裂解垃圾制氢，具有能耗小，成本低，对环境污染小等优势。核能制氢既能为垃圾处理提供一种新的方法，又能为氢能的开发提供一种高效的渠道。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用小型氟盐冷却高温堆余热热解垃圾制氢系统及方法，利用第四代核反应堆的高温热量，热解以垃圾为主的生物质，制得氢气。核能热解垃圾制氢系统，通过利用核能为热裂解垃圾制氢提供热量，既能实现高品质能源的综合高效利用，也能减少传统焚烧垃圾方法所产生的温室气体排放，符合环境友好的发展方略。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：