一种聚乙烯塑料制氢的方法技术

本发明专利技术属于能源再生领域，具体公开了一种以聚乙烯塑料为原料制氢的方法。该方法以聚乙烯塑料特别是聚乙烯塑料废料为原料，包括连续进行的微波热裂解和微波催化处理。本发明专利技术提供的基于微波技术的高效且低碳的制氢方法，通过催化剂与微波的相互作用，实现高选择性且高效的脱氢处理，实现从聚乙烯塑料制备高纯氢气。实现从聚乙烯塑料制备高纯氢气。

【技术实现步骤摘要】
一种聚乙烯塑料制氢的方法


[0001]本专利技术属于能源再生领域，尤其涉及一种以聚乙烯塑料为原料制氢的方法。

技术介绍

[0002]聚乙烯是一种高分子聚合物，也是生活中常用的一种塑料。虽然塑料的种类非常多，如有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等，但是聚乙烯塑料的使用量占到日常常用塑料制品的约30％，用量较大。我们熟悉的聚乙烯塑料制品包括运用广泛的塑料袋、塑料膜，塑料盒等。聚乙烯塑料制品的使用寿命短，一般使用周期为1～3个月，之后即被丢弃。聚乙烯塑料废品的产生量大、且难以被回收再利用，回收价值低。目前聚乙烯塑料废品大多采用焚烧方法处理，这种传统的焚烧处理有高排放、高污染的缺点。
[0003]聚乙烯塑料同时也是一种富含氢元素的固体原料，其含氢量约14.2％，是良好的储氢材料。但是由于聚乙烯具有稳定的高分子结构，很难实现有选择性地脱氢处理。因此，亟需开发一种从聚乙烯塑料中制备氢气的方法，以对聚乙烯塑料废弃物进行高价值利用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种利用聚乙烯塑料特别是聚乙烯塑料废料制氢的方法，可以制备得到高纯氢气，且制备过程可连续进行，在制备过程中不会产生二氧化碳等有害气体。
[0005]具体而言，本专利技术提供的聚乙烯塑料制氢的方法，所述方法以聚乙烯塑料为原料制氢，包括连续进行的两段处理；其中：
[0006]第一段处理是将聚乙烯塑料进行微波热裂解，生成热裂解产物；
[0007]第二段处理是所述热裂解产物进行微波催化处理，生成含氢气体；
>[0008]其中，所述微波催化处理采用的催化剂选自碳材料、过渡金属材料或以碳材料为载体的过渡金属材料。
[0009]在一些实施方式中，所述过渡金属材料为铁系金属材料。
[0010]在一些优选的实施方式中，所述过渡金属材料选自金属铁、氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁、碳化铁中的一种或多种。
[0011]在一些实施方式中，所述碳材料为碳黑、活性炭或碳化硅。
[0012]在一些优选的实施方式中，所述碳材料为碳黑。
[0013]在一些实施方式中，本专利技术采用的所述催化剂为碳材料与所述过渡金属材料的混合物或碳材料担载的过渡金属材料。
[0014]在一些实施方式中，所述催化剂包括质量比为(1～99):1的过渡金属材料和碳材料，优选包括质量比为(4～19):1的过渡金属材料和碳材料。
[0015]根据具体的实施方式，所述催化剂包括质量比为(2～9):1的过渡金属材料和碳材料。根据具体的实施方式，所述催化剂包括质量比为(3～9):1的过渡金属材料和碳材料。根据具体的实施方式，所述催化剂包括质量比为(4～9):1的过渡金属材料和碳材料。根据具
体的实施方式，所述催化剂包括质量比为4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1的过渡金属材料和碳材料。
[0016]在一些实施方式中，本专利技术采用的所述催化剂为碳黑与氧化铁的混合物，或者为碳黑担载金属铁催化剂。
[0017]更优选地，本专利技术采用的催化剂为碳黑担载金属铁催化剂。
[0018]在一些实施方式中，所述微波热裂解的温度是450～800℃，优选是500～750℃，更优选是500～550℃。
[0019]在一些实施方式中，所述微波催化处理的功率为100～6000W，优选为1000～4000W，例如可以是1000W、2000W、3000W或4000W，更优选为3000～4000W。
[0020]在一些实施方式中，所述微波热裂解和所述微波催化处理的微波频率为2.45GHz或915MHz，优选为2.45GHz。
[0021]在一些实施方式中，微波催化处理的时间为20～60分钟。
[0022]在一些实施方式中，所述微波热裂解和所述微波催化处理采用串联的微波热裂解反应器和微波催化脱氢反应器。
[0023]优选地，在微波热裂解时，对微波催化脱氢反应器内的催化剂预热。微波热裂解得到的反应产物通入经预热后的微波催化脱氢反应器内进行微波催化处理。
[0024]根据本公开的一些实施方式，所述微波催化脱氢反应器内装入的催化剂与所述聚乙烯塑料的质量比为1:(5～100)。根据具体的实施方式，所述催化剂与所述聚乙烯塑料的质量比例可以为1:(5～90)、1:(5～80)、1:(5～70)、1:(5～60)、1:(5～50)、1:(5～40)、1:(5～30)、1:(5～20)、1:(5～15)。例如，所述催化剂与所述聚乙烯塑料的质量比例可以为1:(10～15)。
[0025]在一些实施方式中，本专利技术提供的聚乙烯塑料制氢的方法，还包括对所述含氢气体进行分离纯化的操作，所述分离纯化方法可以采用本领域的已知方法。
[0026]在一些实施方式中，所述分离纯化包括洗气和/或变压吸附(PSA)处理。变压吸附通常指在温度不变的情况下，在加压的情况下吸附，用减压(抽真空)或常压解吸的方法，即通过改变压力来吸附和解吸。在本公开中，变压吸附尤其指，基于在不同压力下，吸附剂对氢气和其他气体的选择性吸附能力不同，利用压力的周期性变化进行吸附和解吸，从而实现氢气的分离和提纯。
[0027]根据本公开的一些实施方式，所述吸附剂包括碳、氧化铝、硅胶、分子筛、氧化硅、石墨烯中的一种或多种。
[0028]所述聚乙烯塑料在进行微波热裂解处理前，可以根据实际情况，先对聚乙烯塑料原料进行预处理，预处理包括干燥处理和/或粉碎处理。
[0029]根据本公开的一些实施方式，所述微波热裂解和/或微波催化脱氢处理步骤在无氧或低氧条件下(例如氧气含量低于5000ppm的惰性环境)进行。根据具体的实施方式，在所述微波热裂解和/或微波催化脱氢处理的过程中，通入惰性气体，例如通入氮气或氩气。
[0030]本专利技术还提供了一种制备氢气的装置，所述装置包括：
[0031]微波热裂解反应器，用于进行微波热裂解处理，生成热裂解产物；
[0032]微波催化脱氢反应器，用于在催化剂的存在下，对所述热裂解产物进行微波处理，生成含氢气体；和
[0033]第一集气罐，用于收集所述含氢气体产物。
[0034]本专利技术采用的微波热裂解反应器和微波催化脱氢反应器可以是搭载常规微波源(包括磁控管或固态源)的微波反应器。
[0035]在一些实施方式中，所述微波热裂解反应器的内部炉壁设置有吸波材料，例如碳化硅为主的吸波材料，微波热裂解反应器的最大工作温度可达1600℃。
[0036]在一些实施方式中，所述微波催化脱氢反应器的炉体为石英或不锈钢材质，炉壁内不设置吸波材料。
[0037]在一些实施方式中，本专利技术提供的制备氢气的装置还包括：
[0038]变压吸附单元，用于对所述含氢气体进行变压吸附纯化，生成高纯氢气；和
[0039]第二集气罐，用于收集所述高纯氢气。
[0040]根据具体的实施方式，本公开的方法可以包括：将催化剂装载在微波催化脱氢反应器中，设定微波功率为500～4000W，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚乙烯塑料制氢的方法，其特征在于，所述方法以聚乙烯塑料为原料制氢，包括连续进行的两段处理；其中：第一段处理是将聚乙烯塑料进行微波热裂解，生成热裂解产物；第二段处理是所述热裂解产物进行微波催化处理，生成含氢气体；其中，所述微波催化处理采用的催化剂选自碳材料、过渡金属材料或以碳材料为载体的过渡金属材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过渡金属材料为铁系金属材料，优选选自金属铁、氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁、碳化铁中的一种或多种；和/或，所述碳材料为碳黑、活性炭或碳化硅，优选为碳黑。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述催化剂为碳材料与所述过渡金属材料的混合物或碳材料担载的过渡金属材料；优选地，所述催化剂包括质量比为(1～99):1的过渡金属材料和碳材料，进一步优选包括质量比为(4～19):1的过渡金属材料和碳材料，更优选包括质量比为(4～9):1的过渡金属材料和碳材料。4.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述催化剂为碳黑与氧化铁的混合物或者碳黑担载金属铁，优选为碳黑担载金属铁。5.根据权利要求1～4任意一项所述的方法，其特征在于，所述微波热裂解的温度是450～800℃，优选是500～750℃，更优选是500～550℃。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兆熙，介翔宇，
申请(专利权)人：武汉新碳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：