[發明專利]一種低溫度、低功率的含碳材料微波處理工藝

有效

• 申請號: 202111389428.6
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN114309023B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 馬望京;劉博男;趙俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所;中國石油大學（北京）
• 主分類號: B09B3/50
• 分類號: B09B3/50;B09B5/00;B09B101/75
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李夢楠

本發明涉及微波處理工藝，具體涉及一種低溫度、低功率的含碳材料微波處理工藝。本發明提供的含碳材料的微波處理工藝是采用具有自動保護單元及PLC控制單元的微波反應裝置實現微波熱解的；同時通過自動保護單元及PLC控制單元的聯動機制，實現對輸入功率的實時在線監控及調控。本發明所述的微波處理工藝可大幅度提升微波能量密度及微波利用效率，產生的熱點溫度低且均勻，實現了在50?350℃溫度范圍內對含碳材料的高效分解，且維持反應所需微波輸入功率可低至10W，從而實現了以較低的功率、較低的溫度對含碳材料的高效分解，解決了現有微波熱解工藝存在的微波輸入功率過大、反應和熱點溫度過高、微波反應器壽命較短、微波功率線性較低的問題。

技術領域

本發明涉及微波處理工藝，具體涉及一種低溫度、低功率的含碳材料微波處理工藝。

背景技術

目前，大量的危險廢物來自多種產品和工藝，并且隨著廢物數量和多樣性的增加導致目前對廢物難以實行有效管理，與此同時，微波技術的發展為廢物處理提供了新的解決方案，通過對微波反應器進行設計、開發和定制將有效推進廢物管理和處置的新進程。并且，隨著社會進程的加快，人類生活對能源的需要越發增加，但與此同時，化石能源的儲量越來越緊缺，因此，通過微波處理工藝將含碳材料、生物質轉化為化石能源將有望緩解能源危機。

在過去的五十年里，塑料由于其質輕、耐用、抗多數化學品腐蝕、容易制備、易于加工和成本低等特點被廣泛的應用在包裝、計算機、汽車、隔熱、儲能、醫療、建筑和復合材料等領域。但與此同時，大量塑料(如：高密度聚乙烯(HDPE)，低密度聚乙烯(LDPE)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯(PS)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等)的使用也對環境造成了嚴重污染，據統計，截至2015年，已經產生了約63億噸的塑料廢物，其中約49.7億噸塑料均以垃圾的形式堆積在填埋場或自然環境中，而回收再利用的僅僅只有約5.6億噸，這些丟棄的塑料會轉變成小分子塑料碎片，最終會對包括人類在內的整個生物圈產生嚴重危害。

塑料的回收過程主要分為四種類型，即一次回收(廠內回收)，二次回收(機械回收)，三次回收(化學回收)和四次回收(能量回收)。一次回收和二次回收是通過一定的處理再生產過程將收集到的塑料廢品進行分類重整再制成一些低質物品，從而達到廢物再利用的目的，但其生產成本太大，而且重新制備的塑料制品性能較差。四次回收是以回收能量為目的，通常是焚燒，在這個能量回收過程中，廢舊材料在熔爐中燃燒，以電力和/或熱的形式產生能源，該方法可應用于所有類型的碳氫化合物廢物。然而，廢物燃燒過程中存在二氧化碳等溫室氣體的釋放；此外，焚化會產生煙灰、顆粒物、二噁英等有害物的釋放，將對環境和人類健康產生危害。在這四種回收方法中，只有化學回收符合可持續發展的原則，因為化學回收法不僅可以獲得聚烯烴的原材料，而且塑料的熱值和碳氫化合物的熱值相當，通過化學回收過程可將塑料轉化為可燃氣體、液體等高價值產品。

生物質由C、H、O、N、S、P等元素組成，具有揮發性組成高、炭活性高、灰分低等優點，并且作為一種可再生能源，已被歐洲多個國家用于發電和產熱領域，另外，通過熱解工藝生物質可以將生物質轉化為生物油、合成氣和生物炭等高附加值產品，這些熱解產品都是目前可用的化石燃料能源的潛在替代品。

采用這些燃料具有天然能源資源安全改善、排放和污染減排等主要優勢，是可持續發展的合適途徑，除此之外，它還具有其他一些優勢，特別是在農村社區的經濟發展方面：它可以是適應當前能源基礎設施和處理世界上產生的巨大廢物的最簡單方法之一。如CN104858202A公開了一種連續式微波裂解生物質能的制備方法，其通過真空吸料裝置將剪碎的物料送到儲料倉，經插板閥，進入溫度為550℃的高溫裂解爐，在真空度為-0.03MPa至-0.01MPa、微波功率為9KW、頻率為2450MHz的條件下將廢棄物熱解為固液氣組分；CN210497630U公開了一種微波高溫裂解含碳材料連續操作方法，其通過將含碳材料粉碎后與油混合后進行輸送，在惰性氣氛下或真空，微波功率200W～100KW、溫度700～3000℃的條件下，在微波場下連續地與微波中產生電弧的多孔復合材料接觸，快速并持續產生高溫，從而連續地使含碳材料和油一起裂解。