[发明专利]一种微波连续热解制碳纳米纤维及氢气的系统及方法

说明书

本发明涉及一种微波连续热解制碳纳米纤维及氢气的系统及方法，包括：熔融进料装置，用于对物料进行加热熔融处理；微波热解装置，用于对物料进行催化热解，包括物料入口、热解气出口和碳产物出口，物料入口与熔融进料装置的物料出口连接；热解气纯化利用装置，与热解气出口连接，用于对催化热解产生的热解气进行氢气提纯和残余气体分离；发电装置，包括小型内燃机和发电机，小型内燃机利用残余气体为燃料，并将燃烧产生的烟气输送至熔融进料装置，用作物料熔融的热源。本发明形成了塑料废弃物联产高性能碳材料和氢气的多联产系统，解决了传统热解方法产物收率低、能耗高的技术问题，极大地提高了能源利用率。

技术领域

本发明涉及热解技术领域，尤其是一种微波连续热解制碳纳米纤维及氢气的系统及方法。

背景技术

世界范围内有超过60％的废塑料采用焚烧和填埋粗放式方法处理，带来的水气土污染及占地问题不容忽视。借由精细反应调控下制备更高性能的碳纳米材料，将其应用于燃料电池、柔性材料及传感器等高新产业中可实现废塑料的高附加值利用。然而传统热解气相沉积制备方式所需反应温度高，沉积时间长，存在目标产物回收率低、品质差和系统能耗高等瓶颈问题。

发明内容

本发明提供了一种微波连续热解制碳纳米纤维及氢气的系统及方法，解决了传统热解方法产物收率低、能耗高的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种微波连续热解制碳纳米纤维及氢气的系统，包括：

熔融进料装置，用于对物料进行加热熔融处理；

微波热解装置，用于对物料进行催化热解，包括物料入口、热解气出口和碳产物出口，所述物料入口与所述熔融进料装置的物料出口连接；

热解气纯化利用装置，与所述热解气出口连接，用于对催化热解产生的热解气进行氢气提纯和残余气体分离；

发电装置，包括小型内燃机和发电机，所述小型内燃机利用所述残余气体为燃料，并将燃烧产生的烟气输送至所述熔融进料装置，用作物料熔融的热源。

其进一步技术方案为：

还包括碳产物收集装置，其入口与所述碳产物出口连接，用于回收经所述微波热解装置热解后的固态物料，并利用所述固态物料的余热加热空气，将加热后的空气供给所述小型内燃机辅助燃烧。

所述微波热解装置的结构包括滚筒，所述滚筒的内部设有微波发生装置，外侧设有与所述滚筒外壁之间形成腔体的固定壳体；所述固定壳体上部设有所述物料入口以及吸波催化剂入口；所述固定壳体的内壁设有上端刮板组件，用于引导物料包覆在旋转的滚筒上形成物料料膜，同时引导催化剂包覆在物料料膜上形成催化剂料膜。

所述上端刮板组件的结构包括前刮板和后刮板，所述前刮板和后刮板一端分别连接在所述吸波催化剂入口的两侧，形成催化剂的导流通道，且所述前刮板和后刮板另一端均向滚筒转动方向倾斜并与滚筒外壁之间形成间隙。

所述固定壳体下部设置所述碳产物出口，并在靠近所述碳产物出口的位置设有下刮板，其一端与固定壳体连接，另一端与滚筒外壁抵接，用于将热解后的固态物质从滚筒外壁上刮下。

碳产物收集装置包括内筒、套设在所述内筒外部的外筒，所述外筒与内筒之间形成空气流道；所述外筒一端设有热空气出口，其通过空燃比控制器与所述小型内燃机连接；所述内筒中设有螺旋输送结构，其一端出口与储碳罐连接。

所述热解气纯化利用装置的结构包括氢气纯化装置，所述氢气纯化装置上设有热解气入口、用于分离高纯氢气的上部出口、用于分离残余热解气的下部出口，所述上部出口与储氢罐连接；所述下部出口通过空燃比控制器与所述小型内燃机连接。

所述熔融进料装置的结构包括内筒、套设在所述内筒外部的外筒，所述内筒上设有进料口，所述外筒上设有烟气入口，所述外筒与内筒之间形成所述烟气的流动通道；所述内筒中设有螺旋输送机构。