可循环利用的轮胎微波原位催化热解制备富氢气体的方法技术

本发明专利技术公开了一种可循环利用的轮胎微波原位催化热解制备富氢气体的方法。该方法可有效地将废轮胎中的氢元素转化为氢气以获得高品质富氢气体，实现废弃物的能源化利用；同时，废轮胎热解生成的炭黑可作为原位催化剂和吸波介质循环利用，大大降低原料成本，实现废弃物的资源化利用。本发明专利技术在获得高品质富氢气体的同时，还可将废轮胎中大部分碳元素转化为热解炭，以固体的形式固定于热解炭中，可有效减少整个工艺的碳排放。少整个工艺的碳排放。少整个工艺的碳排放。

【技术实现步骤摘要】
可循环利用的轮胎微波原位催化热解制备富氢气体的方法


[0001]本专利技术涉及固体废弃物能源资源化利用的
，具体涉及一种热解炭产物可循环利用的废轮胎微波原位催化热解制备富氢气体的方法。

技术介绍

[0002]当今社会的发展过渡依赖传统化石能源，已造成了严重的能源短缺和环境污染问题。开发和寻找可持续的新能源是解决能源危机的重要途径之一。在众多能源形式中，氢能因其利用效率高、无毒、无污染等优点被认为是最佳的替代能源之一。
[0003]近年来，由废轮胎造成的“黑色污染”越来越受到人们的关注。废轮胎主要由碳、氢两种元素和少量的氧、硫、氮等元素组成，其中氢元素的含量可达6
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8％，与生物质和煤相似，具有制备氢气的潜力。废轮胎热解技术是指在惰性气氛下通过高温的方式破坏橡胶的交联结构和化学键，将其分解成热解气、热解炭和热解油等产物的过程。热解所得的三相产物均有不同程度的利用价值，其中热解气的主要成分为氢气、甲烷、乙烷、乙烯和一氧化碳等小分子气体，具有高热值，是良好的替代燃料；热解炭主要由固定碳和灰分组成，具有良好孔隙结构的同时还含有多种金属元素，如锌、铁等等，这些金属元素具有十分优异的催化活性，因此热解炭往往被用作廉价催化剂用于各类催化反应中。
[0004]然而，废轮胎常规热解产物中热解油含量较高，达到45
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50％，大量氢元素以碳氢化合物的形式留存在热解油中，从而导致热解气中的氢气产率较低。传统热解技术以外热源加热方式为主，该加热方式存在传热效率低，升温速率慢等缺点，不利于氢气的生成。与传统加热方式不同，微波加热可通过诱导偶极子旋转从材料的中心部分产生热量，由于热量产生自材料内部，该加热方式具有传热效率高的优点；同时，微波加热能量密度高，物质的升温速率快，可进一步提高热解气中的氢气产量。此外，采用脱氢催化剂也是提高氢气产量行之有效的方法之一，在催化剂的作用下，碳氢化合物中的氢元素会以氢气形式脱除，促进氢气产率提高的同时也可以增加热解炭产率。
[0005]本专利技术通过微波加热的方法裂解废轮胎，可有效提高热解气中的氢气产量；同时，废轮胎热解产生的热解炭可用作催化剂以促进热解过程中氢元素向氢气转化，进一步提高氢气产率。此外，微波热解生成的炭黑可作为催化剂重复使用，降低成本，实现该工艺的闭环可持续发展。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种可持续的废轮胎微波原位催化热解制备富氢气体的方法。该方法可有效地将废轮胎中的氢元素转化为氢气以获得高品质富氢气体，同时生成的热解炭可作为微波热解的原位催化剂和吸波介质重复使用，降低成本，实现该工艺的闭环可持续发展，具有广阔的应用前景。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008](1)初始热解炭黑的制备：将废轮胎进行破碎并研磨，获得废轮胎粉末样品，将废
轮胎粉末样品在保护气氛下，经高温热解获得废轮胎热解炭黑产物；热解炭黑经研磨后获得热解炭黑粉末样品，该热解炭黑为初始热解炭黑，作为微波热解的催化剂及吸波介质备用。
[0009](2)微波环境中原位催化热解制备富氢气体：将步骤(1)中获得的初始热解炭黑和废轮胎粉末样品均匀混合，作为热解段；同时初始热解炭黑作为催化段，布置于反应器后置于微波环境中，在保护气氛的保护下进行加热，废轮胎热解生成的挥发分随载气先经过催化段，再排出微波加热炉腔并进行收集，收集得到的气体即为富氢气体；生成的微波热解炭黑及使用过的催化剂经混合研磨后得到微波热解炭黑粉末，作为下一阶段微波热解的催化剂及吸波介质备用。
[0010](3)热解炭黑循环利用：将步骤(2)中获得的微波热解炭黑粉末与步骤(1)中的废轮胎粉末样品均匀混合，作为热解段；同时微波热解炭黑作为催化段，布置于反应器后置于微波环境中，在保护气氛的保护下进行加热，废轮胎热解生成的挥发分随载气先经过催化段，再排出微波加热炉腔并进行收集，收集得到的气体即为富氢气体；生成的微波热解炭黑及使用过的催化剂经混合研磨后得到微波热解炭黑粉末，作为下一阶段微波热解的催化剂及吸波介质备用。不断循环步骤(3)，实现该方法的可持续利用。
[0011]优选的方案，所述步骤(1)中，加热方式可为电加热等任意方式，高温热解温度为500
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600℃。热解温度低于500℃时轮胎无法彻底裂解，影响热解炭黑品质，而高于600℃时能耗过高。
[0012]优选的方案，所述步骤(2)中，热解段中废轮胎粉末样品和初始热解炭黑样品混合质量比例为1:1，热解段废轮胎粉末样品用量和催化段初始热解炭黑样品用量质量比例为1:3。这样设置，可以实现热解段中的轮胎粉末样品快速升温，解决轮胎粉末样品在微波场中吸波性能不足的缺点；同时，初始热解炭黑和反应所得微波热解炭黑具有均一性，二者混合后不影响所得微波热解炭黑的品质。
[0013]优选的方案，所述步骤(3)中，热解段中废轮胎粉末样品和微波热解炭黑样品混合质量比例为1:1，热解段废轮胎粉末样品用量和催化段微波热解炭黑样品用量质量比例为1:3。
[0014]优选的方案，所述步骤(2)和步骤(3)中，使用微波为热源，微波频率通常为2.45GHz，微波功率至少为800W。
[0015]优选的方案，所述步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)中，废轮胎粉末样品、初始热解炭黑粉末样品和微波热解炭黑粉末样品的粒径均小于40目。
[0016]优选的方案，所述步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)中，保护气氛为氮气或氩气。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：
[0018](1)本专利技术可将作为有机固废之一的废轮胎转化为具有高附加值的富氢气体，实现将废弃物转化为清洁能源的高效利用方案，有效降低对传统化石能源的依赖。
[0019](2)本专利技术将废轮胎热解炭作为原位催化剂及吸波介质使用，具有两方面优点：第一，热解炭的主要成分为炭黑，炭黑为良好的吸波介质，可实现样品在微波环境下快速升温，有利于氢气的生成；第二，热解炭中含有大量金属氧化物(氧化锌、氧化铁等)，这些金属氧化物是良好的脱氢催化剂，可促进废轮胎在热解过程中氢气的生成。
[0020](3)本专利技术采用原位催化模式，反应物与催化剂布置于同一反应器中，可有效提高
催化作用；同时，原位催化反应生成的微波热解炭与使用过的催化剂具有均一性，可混合后作为下个循环过程的催化剂重复使用，大大降低原料成本，实现该方法的可持续发展。
[0021](4)本专利技术除了获得高品质的富氢气体外，还将废轮胎中大部分碳元素转化为热解炭，以固体的形式固定于热解炭中，可有效减少整个工艺的碳排放。
附图说明
[0022]图1为本专利技术废轮胎微波原位催化热解制备富氢气体工艺流程示意图。
[0023]图中序号说明：1气瓶；2气体阀门；3流量计；4红外测温仪；5石英管；6微波发生器；7微波加热腔；8气体收集装置；9热解段；10催化段
具体实施方式
[0024]下面结合附图与具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可循环利用的轮胎微波原位催化热解制备富氢气体的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)初始热解炭黑的制备：将轮胎进行破碎并研磨，获得轮胎粉末样品，将部分轮胎粉末样品在保护气氛下，经高温热解获得轮胎热解炭黑产物；将轮胎热解炭黑产物经研磨后获得热解炭黑粉末，该热解炭黑粉末为初始热解炭黑，作为微波热解的催化剂及吸波介质备用；(2)微波环境中原位催化热解制备富氢气体：将步骤(1)中获得的初始热解炭黑和轮胎粉末样品均匀混合，作为热解段；将初始热解炭黑作为催化段，布置于反应器中，置于微波环境，在保护气氛的保护下进行加热，轮胎热解生成的挥发分随载气经过催化段后排出反应器并进行收集，收集得到的气体即为富氢气体；生成的微波热解炭黑及使用过的催化剂经混合研磨后得到微波热解炭黑粉末，作为下一阶段微波热解的催化剂及吸波介质备用；(3)热解炭黑循环利用：将步骤(2)中获得的部分微波热解炭黑粉末与步骤(1)中的轮胎粉末样品均匀混合，作为热解段；将微波热解炭黑粉末作为催化段，布置于反应器中，置于微波环境，在保护气氛的保护下进行加热，轮胎热解生成的挥发分随载气经过催化段后排出反应器并进行收集，收集得到的气体即为富氢气体；生成的微波热解炭黑及使用过的催化剂经混合研磨后得到微波热解炭黑粉末，作为下一阶段微波热解的催化剂及吸波介质备用；不断循环步骤(3)，实现可持续利用。2.根据权利要求1所述的可循环利用的轮胎微波原位催化热解制备富氢气体的方法，其特征在于：所述步骤(1)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘宇涵，吕洪炳，张东明，黄群星，樊立安，王君，周永刚，林诚乾，薛志亮，
申请(专利权)人：浙江浙能兴源节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：