[发明专利]一种等离子体协同催化热解回收塑料的三段式反应系统

说明书

本发明公开了一种等离子体协同催化热解回收塑料的三段式反应系统，包括三段式反应装置、进气系统、电源供电系统、电子测量系统、产物收集系统和产物分析系统；所述三段式反应装置，用于为实验过程提供温度可控的反应空间，以及产生稳定、均匀的等离子体；所述的三段式反应装置中：第一段为热解反应段，第二段和第三段为以下其中之一：等离子体反应段—催化反应段、等离子体反应段—等离子体协同催化反应段、等离子体协同催化反应段—催化反应段、等离子体协同催化反应段—等离子体反应段、催化反应段—等离子体反应段、以及催化反应段—等离子体协同催化反应段。本发明系统灵活性好，三段式反应装置的设定方便针对反应物特性选择处置方式，从而提高产物品质。

技术领域

本发明涉及环境保护及能源储备领域，具体涉及一种利用等离子体协同催化热解回收塑料的三段式反应系统，该系统可用于制备热解油和热解气。

背景技术

塑料是石油化工产业的重要产品，由于其产量高、使用寿命低，以及自然降解率低，使得废塑料数量与日俱增。截至2019年，世界塑料的年产量已达3.68亿吨，其中约79％未经妥善处理而被丢弃。混合低值废塑料高效清洁经济处理已成为全球生态环境保护的重大需求和前沿问题。

在众多的废塑料处置方法中，通过在缺氧或欠氧条件下加热，将废塑料热解为挥发份并通过催化剂的异相调质产生热解油和热解气是目前最具前景的混合废塑料资源化利用技术。但对于混合废塑料，由于不同种类塑料的热动力学特性差异显著，在相同升温速率和终温条件下，不同废塑料的热解程度不同，导致进入催化反应的热解中间产物分子结构不同。由此，会产生两个问题：其一，热解产物分子差异大，沸点分布宽，组分复杂，不利于催化剂的定向选择；其二热解产物中的多环芳香烃及大分子异构链烃容易覆盖催化活性位，导致催化效率的下降及目标产物选择性快速降低。

等离子体作为物质的第四种形态，本质上是一种电离气体。在等离子体内部，通过离解、电子碰撞、激发和电离可以产生多种物质，包括激发的分子、原子或分子离子、亚稳态的物质和室温下的中性原子等。生成的活性物质可以经过重组反应产生高价值的目标产物。近年来，将等离子体与催化剂相结合，引起了人们的关注。现有研究发现，等离子体和催化剂的协同作用可以提高目标产物的产量，减少催化剂结焦。然而，现有研究中等离子体与催化剂的温度同步，由此会带来两个弊端。其一，催化剂活性温度较高(一般大于500℃)，而温度越高，等离子体的能量密度越低、均匀性越差，等离子体性能下降，无法发挥其对于裂解热解挥发份的最大作用，因此很难在同一温度下同时实现催化剂与等离子体的最佳工作状。例如，文献(Y.Fan,M.Zhu,L.Jin,et al.Catalytic upgrading of biomass-derivedvapors to bio-fuels via modified HZSM-5coupled with DBD:Effects of differenttitanium sources[J].Renewable Energy,2020,157.)利用介质阻挡放电与HZSM-5分子筛协同升级生物质热解挥发份，温度为400℃，但该催化剂的最佳活性温度为500～600℃(孙锴.废塑料催化热解制备芳香烃的研究[D].浙江大学,2021.)；其二混合塑料特性不同，与催化剂和等离子体的协同作用不同。总体而言，等离子体与催化剂同步升温的灵活性较差，不利于针对不同原料采取最佳处置方式。

发明内容

为了解决现有技术中等离子体与催化剂温度同步所带来的无法发挥等离子体最大优势以及装置灵活性差的问题，本发明提供一种等离子体协同催化热解回收塑料的三段式反应系统，能够更好的实现塑料的资源化处置。

为了达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种等离子体协同催化热解回收塑料的三段式反应系统，该系统用于废塑料等有机固体废弃物在等离子体中的热解和催化热解研究，包括进气系统、三段式反应装置、电源供电系统、电子测量系统、产物收集系统和产物分析系统；

进气系统，用于提供惰性气氛，将热解挥发份吹扫至整个反应系统；