[发明专利]一种低温度、低功率的含碳材料微波处理工艺

说明书

本发明涉及微波处理工艺，具体涉及一种低温度、低功率的含碳材料微波处理工艺。本发明提供的含碳材料的微波处理工艺是采用具有自动保护单元及PLC控制单元的微波反应装置实现微波热解的；同时通过自动保护单元及PLC控制单元的联动机制，实现对输入功率的实时在线监控及调控。本发明所述的微波处理工艺可大幅度提升微波能量密度及微波利用效率，产生的热点温度低且均匀，实现了在50‑350℃温度范围内对含碳材料的高效分解，且维持反应所需微波输入功率可低至10W，从而实现了以较低的功率、较低的温度对含碳材料的高效分解，解决了现有微波热解工艺存在的微波输入功率过大、反应和热点温度过高、微波反应器寿命较短、微波功率线性较低的问题。

技术领域

本发明涉及微波处理工艺，具体涉及一种低温度、低功率的含碳材料微波处理工艺。

背景技术

目前，大量的危险废物来自多种产品和工艺，并且随着废物数量和多样性的增加导致目前对废物难以实行有效管理，与此同时，微波技术的发展为废物处理提供了新的解决方案，通过对微波反应器进行设计、开发和定制将有效推进废物管理和处置的新进程。并且，随着社会进程的加快，人类生活对能源的需要越发增加，但与此同时，化石能源的储量越来越紧缺，因此，通过微波处理工艺将含碳材料、生物质转化为化石能源将有望缓解能源危机。

在过去的五十年里，塑料由于其质轻、耐用、抗多数化学品腐蚀、容易制备、易于加工和成本低等特点被广泛的应用在包装、计算机、汽车、隔热、储能、医疗、建筑和复合材料等领域。但与此同时，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)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等)的使用也对环境造成了严重污染，据统计，截至2015年，已经产生了约63亿吨的塑料废物，其中约49.7亿吨塑料均以垃圾的形式堆积在填埋场或自然环境中，而回收再利用的仅仅只有约5.6亿吨，这些丢弃的塑料会转变成小分子塑料碎片，最终会对包括人类在内的整个生物圈产生严重危害。

塑料的回收过程主要分为四种类型，即一次回收(厂内回收)，二次回收(机械回收)，三次回收(化学回收)和四次回收(能量回收)。一次回收和二次回收是通过一定的处理再生产过程将收集到的塑料废品进行分类重整再制成一些低质物品，从而达到废物再利用的目的，但其生产成本太大，而且重新制备的塑料制品性能较差。四次回收是以回收能量为目的，通常是焚烧，在这个能量回收过程中，废旧材料在熔炉中燃烧，以电力和/或热的形式产生能源，该方法可应用于所有类型的碳氢化合物废物。然而，废物燃烧过程中存在二氧化碳等温室气体的释放；此外，焚化会产生烟灰、颗粒物、二噁英等有害物的释放，将对环境和人类健康产生危害。在这四种回收方法中，只有化学回收符合可持续发展的原则，因为化学回收法不仅可以获得聚烯烃的原材料，而且塑料的热值和碳氢化合物的热值相当，通过化学回收过程可将塑料转化为可燃气体、液体等高价值产品。

生物质由C、H、O、N、S、P等元素组成，具有挥发性组成高、炭活性高、灰分低等优点，并且作为一种可再生能源，已被欧洲多个国家用于发电和产热领域，另外，通过热解工艺生物质可以将生物质转化为生物油、合成气和生物炭等高附加值产品，这些热解产品都是目前可用的化石燃料能源的潜在替代品。

采用这些燃料具有天然能源资源安全改善、排放和污染减排等主要优势，是可持续发展的合适途径，除此之外，它还具有其他一些优势，特别是在农村社区的经济发展方面：它可以是适应当前能源基础设施和处理世界上产生的巨大废物的最简单方法之一。如CN104858202A公开了一种连续式微波裂解生物质能的制备方法，其通过真空吸料装置将剪碎的物料送到储料仓，经插板阀，进入温度为550℃的高温裂解炉，在真空度为-0.03MPa至-0.01MPa、微波功率为9KW、频率为2450MHz的条件下将废弃物热解为固液气组分；CN210497630U公开了一种微波高温裂解含碳材料连续操作方法，其通过将含碳材料粉碎后与油混合后进行输送，在惰性气氛下或真空，微波功率200W～100KW、温度700～3000℃的条件下，在微波场下连续地与微波中产生电弧的多孔复合材料接触，快速并持续产生高温，从而连续地使含碳材料和油一起裂解。