[發明專利]一種固體廢棄物氣化制氫的方法

在審

• 申請號: 202210847894.2
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN115043377A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 張兆熙;介翔宇
• 申請（專利權）人: 武漢新碳科技有限公司
• 主分類號: C01B3/32
• 分類號: C01B3/32;C10B53/07;C01B3/52;C01B3/56
• 代理公司: 北京睿陽聯合知識產權代理有限公司 11758
• 代理人: 張穎

本發明涉及能源再生技術領域，具體公開了一種固體廢棄物氣化制氫的方法。本發明方法以固體廢棄物如塑料垃圾等為原料，包括連續進行的兩段微波處理。本發明基于微波技術的高效且低碳的制氫方法，通過催化劑與微波的相互作用，實現高選擇性、高效的固體廢棄物氣化處理，并制取得到清潔氫氣，在處理過程中不產生有害物質，低排放，是一種綠色低碳的廢棄物處理制氫方法。

技術領域

本發明屬于能源再生技術領域，尤其涉及一種以固體廢棄物如塑料垃圾等為原料氣化制氫的方法。

背景技術

對于未來氫能的需求，科學家一直在尋找低碳、可循環的制氫方法。固體有機廢棄物，包括塑料垃圾、生物質和生活垃圾為含氫含量高且穩定的制氫原材料，包括但不限于聚烯烴塑料，生物質，人造有機高分子聚合物，生物炭，煤，瀝青，焦炭，石蠟，化學纖維，輪胎，醫療廢棄物，生活垃圾等。有選擇性的分解固體有機廢棄物同時制取氫氣是新能源領域的一個巨大挑戰。

聚乙烯塑料是一種富含氫元素的固體原料，其含氫量約14.2％，是良好的儲氫材料。但是因為穩定的高分子結構，難以實現有選擇性的脫氫處理。在聚乙烯塑料的熱解過程中一般會產生成百上千的熱解產物。這些熱解產物種類繁多且難以被利用，同時還有可能造成二次污染。

聚丙烯塑料是一種難以被降解、且遺棄率高的塑料垃圾。目前，處理聚丙烯塑料方法為焚燒或填埋，均為高排放、高污染的處理方法。因此，環保高效的創新工藝方法是處理聚丙烯塑料的急切需求。對于從聚丙烯塑料制氫的方法，研究人員開發了重整和熱裂解-重整的多步反應流程，但是重整反應和熱裂解反應均需要較高的反應溫度，且產生的氫氣多為氫氣和一氧化碳的合成器；并且產生大量的二氧化碳排放。

再比如，當前城市生活垃圾的處理，主要集中在無害化、減量化的處理。我國最常見的生活垃圾處理方法是垃圾衛生填埋法。但是，這些生活垃圾大多沒有經過分類或者無害化處理，里面常摻雜有毒害性的物質和其他可回收利用的物質。這些垃圾不經處理，直接填埋，既會造成嚴重的二次污染，又會造成部分可利用資源的浪費，同時還增大填埋處理量，縮短填埋場的使用壽命，造成不必要的經濟損失。

生物質廢棄物雖然具備環境友好的特點，但是其降解需要時間，將其廢棄會對環境產生影響，并造成生物質資源的浪費。如何利用這些廢棄物資源是急切需要解決的問題。目前，處理生物質的方法主要包括氣化法、熱解重整法等基于化學轉化的方法。另外，也可通過光解水制氫、光發酵制氫、暗發酵制氫以及光暗耦合發酵制氫等生物法實現從生物質廢棄料中制氫。但是，因為生物質結構的復雜性，以生物質為原料制氫，通常需要多步復雜的反應路徑，再把中間產物進行重整反應制備氫氣。隨著近年來微波熱解技術的發展，研究人員開發了利用微波熱解技術處理生物質廢料的技術，同時也證明了相比于傳統熱解技術，微波熱解具有快速，高氫氣產率的特點。但是，單純的微波熱解處理，會產生大量的生物質油且副產物分布廣泛，大大降低了氫氣產率，難以利用。

因此，亟需開發以固體有機廢棄物為原料高產量制備氫氣的方法，同時避免二氧化碳的大量排放的可持續利用的低碳制氫方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供了一種由固體廢棄物原料(如塑料垃圾、生物質、生活垃圾等)經兩步微波處理制氫的方法。該方法基于微波熱裂解和微波催化重整技術，以固體廢棄物為原料制備得到高純氫氣，過程中不產生二氧化碳排放或其他有害物質排放，提供了一種綠色制氫、且清潔處理固體廢棄物的方法。

具體而言，本發明提供了一種固體廢棄物氣化制氫的方法，所述方法以固體廢棄物為原料，包括連續進行的以下兩段微波處理：

第一段微波處理是在微波作用下，對固體廢棄物原料進行熱解處理，所述固體廢棄物熱解生成小分子的氣液混合物；

第二段微波處理是在微波和催化劑的作用下，對第一段微波處理獲得的所述氣液混合物進行微波重整，生成富含氫氣的氣體；

所述催化劑選自過渡金屬材料、以碳材料為載體的過渡金屬材料或以氧化物為載體的過渡金屬材料。