一种基于亚临界水热催化气化废弃塑料的系统及方法

本申请涉及能源利用，尤其涉及一种基于亚临界水热催化气化废弃塑料的系统及方法。

背景技术：

1、塑料因其耐用性和低成本在世界范围内被广泛使用。然而，废弃塑料在世界范围内造成了严重的污染。2019年全球产生了3.53亿吨塑料垃圾，其中三分之二以上被送往垃圾填埋场或焚烧，22％(7900万吨)管理不善，垃圾散落在不受监管的土地或水中，预计塑料产量的增长将导致垃圾数量增加两倍，达到每年10亿吨以上，此外，在空气和城市饮用水中发现了微塑料和塑料微纤维，造成了健康和生态问题。最常见的降解塑料的方法有焚烧和填埋，焚烧会产生多种有毒气体污染空气，填埋会污染地下水，对环境造成长期伤害。现在仍缺乏能有效降解各类塑料的普适性技术。

2、高级氧化法往往被用来处理污水，通过对h2o2分解产生·oh自由基来氧化降解污水中的污染物，总体反应过程见方程(1-3)，但是此方法存在h2o2分解率低，且方程(2)为主要的限速步骤，fe3+积攒过多会产生大量含铁泥废渣fe(oh)3，对环境造成二次伤害。为了提高h2o2的分解率。大部分研究者聚焦于使用有机物作为共催化剂，manlin wang等人采用铁离子和β-环糊精(β-cd)制备了磁性fe3o4@β-环糊精(β-cd)纳米非均相类fenton催化剂复合材料，用于降解4-氯酚(4-cp)。antonella de luca等人研究硝酸三乙酸铁螯合物(fe(iii)-nta)用于光-fenton工艺，在光照条件下，只有温度为10-15℃时，溶液才能保持稳定。yaxin qin等人证明了原儿茶酸(pca)在fe(iii)/h2o2fenton氧化体系中可以显著促进甲草胺的降解，原儿茶酚配体的络合和还原能力，可以与铁离子形成稳定的配合物，防止铁离子沉淀，并加速fe(iii)/fe(ii)循环，促进·oh的生成。chao jiang等人使用1,4-对苯二酚在酸性条件下还原fe(iii)，产生半醌自由基(q·-)，可以将fe(ii)氧化回fe(iii)。同样有机催化剂也会造成二次污染，生成有毒物质。高级氧化水热法降解塑料工艺流程简单，可连续反应，安全无毒，但是开发出对环境污染小的非贵金属催化剂仍需要更深入的研究。

3、fe2++h2o2→fe3++oh-+·oh (1)

4、fe3++h2o2→fe3++·o2h+h+ (2)

5、fe3++·o2h→fe2++o2+h+ (3)

技术实现思路

1、本申请的实施例提供一种基于亚临界水热催化气化废弃塑料的系统及方法。

2、第一方面，本申请的实施例提供了一种基于亚临界水热催化气化废弃塑料的系统，该系统包括：

3、料斗；

4、物料装置；

5、催化剂处理装置，催化剂处理装置与料斗连接；

6、气体收集装置；

7、反应装置，反应装置与料斗、物料装置、气体收集装置均连接；

8、控制器，反应装置与控制器连接。

9、在其中一个实施例中，物料装置包括物料罐和物料泵，物料泵分别与物料罐和反应装置连接。

10、在其中一个实施例中，物料泵和反应装置之间设有止回阀。

11、在其中一个实施例中，催化剂处理装置包括依次连接的加热搅拌装置、烘干装置、煅烧装置，煅烧装置与料斗连接。

12、在其中一个实施例中，气体收集装置包括气腔和储气罐，气腔和储气罐之间设有阀门，气腔与反应装置连接。

13、在其中一个实施例中，反应装置包括液化反应器和气化反应器，液化反应器和气化反应器之间设置有分孔板；

14、液化反应器与料斗、物料装置连接，气化反应器与气体收集装置连接；

15、液化反应器和气化反应器内均设置有热电偶和压力传感器，热电偶和压力传感器均与控制器连接。

16、在其中一个实施例中，反应装置包括反应器，反应器分别与料斗、物料装置、气体收集装置连接；

17、反应器内设置有热电偶和压力传感器，热电偶和压力传感器均与控制器连接。

18、在其中一个实施例中，反应装置外部连接有循环泵，循环泵与反应装置之间连接有第一加压泵。

19、在其中一个实施例中，料斗与反应装置通过输料螺旋连接，输料螺旋与第二加压泵连接。

20、第二方面，本申请提供一种基于亚临界水热催化气化废弃塑料的方法，利用如第一方面的一种基于亚临界水热催化气化废弃塑料的系统，该方法包括：

21、将催化剂前驱体放入催化剂处理装置中、废弃塑料放入料斗中、氧化剂放入物料装置中；

22、开启所述催化剂处理装置，对所述催化剂前驱体进行处理，得到催化剂，所述催化剂通入所述料斗；

23、将所述料斗中的所述催化剂和所述废弃塑料及所述物料装置中的所述氧化剂均输入反应装置中，在反应装置中发生化学反应以完成对所述废弃塑料的降解；

24、化学反应结束后，气体产物输入至气体收集装置进行收集。

25、本申请相比现有技术具有以下有益效果：该方案应用亚临界水催化氧化气化处理废弃塑料，为废弃塑料的回收利用提供了全新的选择和方法解决废弃塑料的问题；另外，反应条件为亚临界水热环境，反应条件温和，能耗相对较低。本实施例在废弃塑料气化率可以高达96.87％，气化率高。催化剂为非贵金属催化剂，容易获取，成本低；催化剂稳定性高，寿命长，可以多次重复利用，反应后溶液中的金属离子浓度低，对环境友好，不会对环境造成二次污染。

技术特征：

1.一种基于亚临界水热催化气化废弃塑料的系统，其特征在于，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述物料装置(21)包括物料罐(13)和物料泵(12)，所述物料泵(12)分别与所述物料罐(13)和所述反应装置(3)连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述物料泵(12)和所述反应装置(3)之间设有止回阀(11)。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述催化剂处理装置(19)包括依次连接的加热搅拌装置(6)、烘干装置(4)、煅烧装置(2)，所述煅烧装置(2)与所述料斗(1)连接。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体收集装置(20)包括气腔(14)和储气罐(5)，所述气腔(14)和所述储气罐(5)之间设有阀门(10)，所述气腔(14)与所述反应装置(3)连接。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反应装置(3)包括液化反应器(22)和气化反应器(17)，所述液化反应器(22)和所述气化反应器(17)之间设置有分孔板(18)；

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反应装置(3)包括反应器，所述反应器分别与所述料斗(1)、所述物料装置(21)、气体收集装置(20)连接；

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反应装置(3)外部连接有循环泵(16)，所述循环泵(16)与所述反应装置(3)之间连接有第一加压泵(9)。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述料斗(1)与所述反应装置(3)通过输料螺旋(8)连接，所述输料螺旋(8)与第二加压泵(15)连接。

10.一种基于亚临界水热催化气化废弃塑料的方法，利用如权利要求1-9任一项所述的一种基于亚临界水热催化气化废弃塑料的系统，其特征在于，所述方法包括：

技术总结本申请公开了一种基于亚临界水热催化气化废弃塑料的系统及方法，该系统包括：料斗；物料装置；催化剂处理装置，催化剂处理装置与料斗连接；气体收集装置；反应装置，反应装置与料斗、物料装置、气体收集装置均连接，控制器，反应装置与控制器连接。该方案在低能耗下接近完全气化，将废弃塑料降解成CO和CO<subgt;2</subgt;，降低了降解塑料的能耗；降解过程中对环境污染小，无其他副产物生成。技术研发人员：金辉,何庚,师进文,王尉佐,关美鑫,吕冰茹,郭烈锦受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/4/29