CN114787080A - 废物处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种处理废物的方法，包括：加热所述废物产生惰性气体和二氧化碳；在所述惰性气体和二氧化碳的存在下热解所述废物，形成碳氢化合物的混合物；催化干法重整所述碳氢化合物的混合物，以至少形成一氧化碳和氢气；以及从所述一氧化碳和氢气中成型碳纳米材料。本发明还提供了一种用于处理废物的系统。

Description

废物处理系统
技术领域
本发明涉及一种处理废物的方法和一种废物处理的系统。
背景技术
近年来，全球塑料产量稳步上升。然而，随着使用量的增加，首次使用后作为废物处理的塑料数量也在增加。一些塑料被重新使用和回收。然而，大多数塑料被作为废物处理。
废旧塑料可以通过几种方法处理。其中一种例子是焚烧，由于这种方法产生了大量的碳排放量导致有害气体的高排放，因此对环境不友好。一些废物处理方法涉及熔化和粉末化以便二利用。然而，这些方法带来了首次使用时的污染问题。其他方法包括热解生产生物柴油。然而，热解导致高能耗。
因此，有必要改进废物处理过程。
发明概述
本发明旨在解决这些问题，和/或提供一种改进的处理废物的方法和系统。
根据本发明的第一方面，提供了一种处理废物的方法，所述方法包括：
-加热所述废物产生惰性气体和二氧化碳；
-在所述惰性气体和二氧化碳的存在下热解所述废物，形成碳氢化合物的混合物；
-催化干法重整所述碳氢化合物的混合物，至少形成一氧化碳和氢气；以及
-从所述一氧化碳和氢气中成型碳纳米材料。
所述废物可以为任何合适的废物。根据一特定方面，所述废物可以为塑料废物、生物质或其组合。
根据一特定方面，所述加热可包括燃烧所述废物。
根据另一特定方面，所述热解可包括对所述废物进行催化或非催化的热解。特别地，所述热解可包括在热解催化剂的存在下催化热解所述废物。所述催化剂可为任何合适的催化剂。
所述热解可在适当的条件下进行。例如，热解可在400-1000℃的温度下进行。
根据一特定方面，所述干法重整可包括所述碳氢化合物与所述二氧化碳产生一氧化碳和氢气的干法重整。例如，所述二氧化碳可来自所述加热和热解。
所述干法重整可在适当的条件下进行。例如，所述干法重整可在400-1000℃的温度下进行。
所述形成碳纳米材料可包括从所述一氧化碳和氢气中形成碳纳米材料的化学气相沉积。
根据一特定方面，所述化学气相沉积可在催化剂的存在下进行。所述催化剂可为任何合适的催化剂。
所述成型碳纳米材料可以在适当的条件下进行。例如，所述成型碳纳米材料可在450-1000℃的温度下进行。
所述成型碳纳米材料可包括，但不限于：碳纳米管、碳球、碳纤维、无定形碳、基于石墨烯的纳米材料，或其组合。所述碳纳米管可为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管，或其组合。
所述方法可进一步包括处理在所述加热、所述热解、所述干法重整和/或所述成型期间产生的任何废气。
根据第二方面，本发明提供了一种废物处理的系统，包括：
-用于接收所述废物的入口；
-与所述入口相连的加热室，用于加热所述废物；
-热解所述废物的热解室，所述热解室与所述加热室流体连接；
-与所述热解室流体连接的干法重整室，用于干法重整所述热解室中形成的碳氢化合物；以及
-与所述干法重整室相连的化学气相沉积(CVD)室，用于成型碳纳米材料。
所述系统可进一步包括进气口，其中，所述加热室可与所述进气口流体连接。
所述系统可进一步包括冷凝系统，用于冷凝排气。所述系统可进一步包括与所述冷凝系统和/或所述CVD室流体相通的烟气处理系统，用于处理排气。
所述系统可进一步包括用于排放排气的气体出口。
附图说明
为了使本发明能够被充分理解并易于付诸实践，现应通过非限制性的实施例描述本发明的示例性实施方案，描述时应参考所附的说明附图。所述附图中：
图1(a)显示了根据本发明的一个实施方案处理废物的方法的示意图，图1(b)显示了根据本发明的另一个实施方案处理废物的方法的示意图。
图2显示根据本发明的一个实施方案的废物处理系统的示意图；以及
图3显示根据本发明的一个实施方案的废物处理系统的示意图。
发明详述
如上所述，需要有一种改进的处理废物的方法和系统。
本发明涉及一种处理废物的方法。所述方法为一种绿色方法，碳排放量低，因为所述方法的副产品可以在该方法中循环使用，从而使能源消耗降低。一般来说，本发明涉及一种以快速、高效和绿色的方式转换废物的方法和系统。特别是，由于所述方法和系统被配置为将该系统和方法的一部分产生的能量和气体用于该系统/方法的其他部分/步骤，因此能源消耗相对较低。这样，运行该系统/方法所需的外部能源和输入量就会减少。
此外，所述方法使废物转化为碳纳米材料，这是一种有用的、环保的最终产品，从而提供高价值的产出。本发明的方法也是一种绿色方法，因为能源消耗低，而且能够减少废物量。
所述方法依次涉及：燃烧废物产生二氧化碳和热量，热解废物，热解碳氢化合物的干法重整，形成碳纳米材料，以及可选的冷凝和废气处理。
根据本发明的第一方面，提供了一种处理废物的方法，该方法包括：
-加热所述废物产生惰性气体和二氧化碳；
-在所述惰性气体和二氧化碳的存在下热解所述废物，形成碳氢化合物的混合物；
-催化干法重整所述碳氢化合物的混合物，至少形成一氧化碳和氢气；以及
-从所述一氧化碳和氢气中成型碳纳米材料。
图1(a)提供了根据本发明方法的示意图。特别地，图1(a)说明了加热废物产生二氧化碳和热量用于下一步；热解废物以产生碳氢化合物CxHy；CxHy与来自前面步骤的CO2进行催化干法重整以产生一氧化碳和氢气；通过利用合成气生成碳纳米材料；可选择地，冷凝所述排气保留任何未反应的碳氢化合物；以及可选择地，在释放到空气中之前处理所述废气。
图1(b)说明了根据本发明方法的一个实施方案，其中塑料废料经所述方法处理后形成单壁碳纳米管。
所述废物可以为任何适合本发明目的的废物。根据一特定方面，所述废物可以为，但不限于，塑料废物、生物质或其组合。例如，塑料废物可以包括城市塑料废物，所述城市塑料废物可以包括以下一种或多种：低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或其组合。例如，所述生物质可以为，但不限于，能源作物，如芒属作物、柳枝稷、木材或森林残留物；粮食作物；园艺和加工食品的废物，如小麦秸秆、甘蔗渣、庭院废物、玉米棒。
所述方法可包括加热废物。所述加热可以为任何形式的加热。根据一特定方面，所述加热可以包括燃烧所述废物。所述加热可以在适当的条件下进行。例如，所述加热可以包括在适当的条件下加热废物，使废物被加热和/或燃烧产生二氧化碳和水。热量也可从加热中产生。特别地，所述加热可以在≤1000℃的温度下进行。例如，所述加热的温度可以为30-1000℃、50-950℃、100-900℃、150-850℃、200-800℃、250-750℃、300-700℃、350-650℃、400-600℃、450-550℃。更特别地，所述加热的温度可以为400-750℃。
所述方法还包括对废物进行热解形成碳氢化合物。特别地，所述热解导致所述废物中形成较小的碳氢化合物。在本发明的所述方法中，所述热解为在加热后进行的。这是因为在加热过程中，空气中提供的氧气使得二氧化碳和氮气形成。来自所述加热步骤的所述氮气和二氧化碳的气体为惰性气体，因此适合随后的所述热解，而不需要在所述热解期间进一步提供任何惰性气体。通过这种方式，所述方法避免了使用惰性气体瓶和/或发生器，从而使所述方法更加安全和便宜。
所述加热产生的热能随后可用于所述热解。这样，所述方法可能不需要任何外部能源来提供热能继续本发明的方法。
根据另一特定方面，所述热解可以包括对废物进行催化或非催化热解。特别地，所述热解可以包括在热解催化剂的存在下催化热解所述废物。所述催化剂可以为任何合适的催化剂。例如，所述催化剂可以为但不限于酸性TiO2；沸石，如沸石Y、HZSM-5或其组合。
所述热解可以在适当的条件下进行。例如，所述热解可以在预先确定的时间段和预先确定的温度下进行。所述预先确定的温度可以为400-1000℃。特别地，预设的温度可以为400-900℃、450-850℃、500-800℃、550-750℃、600-700℃。更特别地，预设的温度可以为550-750℃。
用于所述热解的所述预先确定的时间段可以为≤180分钟。特别地，所述预定的时间段可以为5-180分钟、10-150分钟、20-100分钟、25-75分钟、30-70分钟、35-65分钟、40-60分钟、45-55分钟。更特别地，所述预先确定的时间段可以为25-45分钟。
在所述热解之后，从所述热解中形成的碳氢化合物可以进行干法重整。所干法重整可以包括从二氧化碳与碳氢化合物的反应中生产合成气体(合成气)的方法。根据一特定方面，所述干法重整可包括碳氢化合物与二氧化碳产生一氧化碳和氢气的干法重整。从所述加热中形成的二氧化碳可用于干法重整。根据另一特定方面，所述二氧化碳可以来自先前的所述加热和所述热解的步骤，或来源于外部，如含有二氧化碳的废气。
所述干法重整可以在干法重整催化剂的存在下进行。所述干重整催化剂可以为任何合适的催化剂。例如，所述干重整催化剂可以为过渡金属基催化剂。所述干重整催化剂可以为，但不限于，铁(Fe)基、钴(Co)基、镍(Ni)基、钌(Ru)基、铑(Rh)基催化剂。过渡金属可以被加载在一个合适的载体上。例如，所述过渡金属可以加载在但不限于氧化铝、二氧化硅(SiO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化钛(TiO2)、氧化锰(MgO)、沸石、矿物粘土，或其组合上。所述氧化铝载体可以包括，但不限于α-Al2O3、γ-Al2O3或其组合。根据一特定方面，所述干重整催化剂可以包括但不限于Ni-Co-Al、Ni-Co-Al-Mg、Co-Al-Mg、Co-Al-Zr或其组合。
所述干法重整可以在适当的条件下进行。例如，所述干法重整可在400-1000℃的温度下进行。特别地，所述干法重整可以在500-950℃、600-900℃、650-850℃、700-800℃、725-750℃的温度下进行。甚至更特别地，所述温度可以为500-850℃。
所述干法重整可以进行一段适当的时间。例如，干法重整可以进行≤180分钟。特别地，所述干法重整可以进行5-180分钟、10-150分钟、20-100分钟、25-75分钟、30-70分钟、35-65分钟、40-60分钟、45-55分钟。更特别的地，所述干法重整可以进行25-45分钟。
所述干法重整可以用以下公式表示：
CO2+CxHy→CO+H2 (公式1)
H2O+CxHy→CO+H2 (公式2)。
特别地，所述干法重整包括利用所述加热产生的二氧化碳和水，与所述热解形成的碳氢化合物发生反应，如公式1和2所示。
然后，在所述干法重整中形成的一氧化碳和氢气用于成型碳纳米材料。所述成型碳纳米材料可以通过任何合适的方式。所述成型碳纳米材料可以在催化剂的存在下进行。所述成型可以用以下公式表示：
CO+H2→C+H2O (公式3)。
根据一特定方面，所述成型碳纳米材料可以包括一氧化碳和氢气的化学气相沉积(CVD)形成所述碳纳米材料。所述CVD可以在CVD催化剂的存在下进行。催化剂可以为任何合适的催化剂。所述CVD催化剂可以为纳米颗粒的形式。特别地，所述CVD催化剂可以为纳米晶体的形式。例如，所述CVD催化剂可以为过渡金属基催化剂。催化剂可以尽量减少无定形碳的产生，并控制条件以有利于碳纳米材料的形成。
所述过渡金属基催化剂中包含的过渡金属可以包括但不限于Co、Fe、Mo、Cu、Ni、Au、Pt、Pd或其合金。特别地，所述CVD催化剂可以为Co-MgO、Fe-Mo/MgO、Fe-Cu/MgO、(Fe、Co)Ni/CeO2、(Ni、Co)Fe/α-或γ-Al2O3、monolithic Fe(整块Fe)、Co/γ-Al2O3、MoO3/Al2O3、Ni-Co/Al2O3、(Fe、Co)Ni/沸石、Ni-Co/Si、(Pt、Au)Pd/Al2O3、W/Co，或其合金。更特别地，所述CVD催化剂可以为，但不限于，Co-沸石、Co-Fe-沸石、Co-Ni-沸石、Co-Mg或其合金。
所述成型碳纳米材料可以在适当的条件下进行。例如，成型碳纳米材料可以在450-1000℃的温度下进行。特别地，所述成型碳纳米材料可以在450-950℃、500-900℃、550-850℃、600-800℃、650-750℃、700-725℃的温度下进行。甚至更特别地，所述温度可以为500-850℃。
所述成型碳纳米材料可以进行一段适当的时间。例如，所述成型碳纳米材料可以进行≤180分钟。特别地，所述成型碳纳米材料可以进行5-180分钟、10-150分钟、20-100分钟、25-75分钟、30-70分钟、35-65分钟、40-60分钟、45-55分钟。更特别地，所述成型碳纳米材料的时间可以进行25-45分钟。
所述碳纳米材料可以在所述干法重整催化剂和/或所CVD催化剂的表面形成。
在所述成型碳纳米材料的碳纳米材料的形成可以为任何合适的碳纳米材料。在本发明中，所述碳纳米材料被定义为任何碳基材料，包括至少一个纳米级的尺寸。
所述碳纳米材料可以包括，但不限于：碳纳米管、碳球、碳纤维、无定形碳、基于石墨烯的纳米材料，或其组合。特别地，所述碳纳米管可以为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管，或其组合。甚至更特别地，所述碳纳米材料可以为单壁碳纳米管。所述单壁碳纳米管可以包括单一手性。
就本发明而言，所述碳纳米管可定义为纳米级的石墨烯圆柱体(由卷起的原子厚度的石墨片(称为石墨烯)形成)，其两端由半个富勒烯分子封闭。仅由一个圆柱体组成的碳纳米管称为单壁碳纳米管，由两个或多个石墨烯圆柱体组成的碳纳米管被称为多壁碳纳米管。
所述单壁碳纳米管可以为金属的或半导体的，其带隙可以在0.4到2eV之间，而所述多壁碳纳米管可以为零带隙金属。所述单壁碳纳米管的直径可以在0.4-3nm的范围内。
所形成的碳纳米材料可用于多种用途，包括但不限于：电磁和微波吸收涂层；热界面材料；离子和电子传输装置，如制动器、超级电容器、电池、纤维、传感器；能量储存和能量转换装置；辐射源和纳米大小的半导体装置；应用的场致发射提示，例如场致发射显示器、X射线管、显微镜和光刻的电子源、气体放电管、真空微波放大器、扫描探针尖；互连应用等。形成的碳纳米材料可以进一步进行掺杂，以调整其作为晶体管或逻辑元件使用的电子反应。所述碳纳米材料也可用作水净化和气体分离的膜。
形成的碳纳米材料可以有0.5-100nm的平均尺寸。特别地，碳纳米材料的平均尺寸可以为1-90nm、5-85nm、10-80nm、15-75nm、20-70nm、25-65nm、30-60nm、35-55nm、40-50nm。更特别地，所碳纳米材料的平均尺寸范围可以为1-5nm。
根据一特定的方面，所述干法重整和成型碳纳米材料可以同时进行。特别地，所述干重整步骤可以利用两种温室气体(二氧化碳和可能从所述热解中产生的碳氢化合物气体)并可以产生氢气和一氧化碳。所述成型碳纳米材料的步骤也可以产生二氧化碳，而二氧化碳又可以作为干法重整步骤的反应物。此外，在所述干法重整步骤中产生的氢气可与二氧化碳反应，从而形成一氧化碳，因为所述一氧化碳可用于形成碳纳米材料，因此这是有利的。
所述干法转化可能包括二氧化碳和氢气之间的副反应。这可能是由于低活化能，如公式4所示。特别地，当所述一氧化碳含量高而氢气含量低时，由于干法重整期间的副反应，在所述成型碳纳米材料的步骤中也可能发生副反应。这种一氧化碳的副反应和歧化可以形成碳纳米材料和二氧化碳，如公式5所示。
CO2+H2→CO+H2O (公式4)
CO→C+CO2 (公式5)。
所述方法可进一步包括冷凝碳氢化合物气体，以保留和重新使用碳氢化合物气体，以便在本发明的方法中进一步使用。例如，所述重新使用的碳氢化合物气体可进一步进行干法重整。所述冷凝可以通过任何合适的方式进行。例如，所述冷凝可以在一个冷凝系统中进行。
所述方法可进一步包括处理在加热、热解、干法重整和/或成型过程中产生的任何废气。所述处理可以在废气处理系统中进行。例如，所述方法可包括在排放前处理任何多余的一氧化碳、二氧化碳或碳氢化合物气体。所述处理可以最大限度地减少有气味的和/或对环境有害的气体排放。
总之，本发明的方法提供了一个具有负熵值的放热反应。因此，所述方法不需要任何外部能源供应也可以自我维持。所述加热过程中产生的热量可用于所述方法的后续步骤。产生的任何多余的热量也可以利用和用于其他用途。所述方法的另一个优点是，在各个步骤中产生的二氧化碳可以被所述方法中的其他步骤所利用，因此，所述方法可以减少整体的二氧化碳排放。
因此，本发明的方法允许热能循环使用，减少了由外部热源提供的热量，使所述方法更加环保。
上述各种步骤的组合对于本发明的目的十分重要。特别地，在本发明的方法中，所述干法重整包括干法重整混合的碳氢化合物气体。这些碳氢化合物气体包括甲烷以及其他更高分子量的气体。此外，本发明的方法中各个步骤的顺序确保了所述方法的自我可持续发展。例如，由于加热是第一步，其确保其产品可以在随后的干法重整步骤中得到利用。此外，随后从所述热解和所述干法重整中产生的还原性气体确保保持还原性气氛。另一方面，如果所述加热设定为所述热解后的第二步，那么所述热解产生的所有碳氢化合物都可能被燃烧，从而产生氧化性气氛(二氧化碳)，且随后的干法转化没有可利用的碳氢化合物。
根据第二方面，本发明提供了一种废物处理的系统，包括：
-用于接收所述废物的入口；
-与所述入口相连的加热室，用于加热所述废物；
-热解所述废物的热解室，所述热解室与所述加热室流体连接；
-与所述热解室流体连接的干法重整室，用于干法重整所述热解室中形成的碳氢化合物；以及
-与所述干法重整室相连的化学气相沉积(CVD)室，用于成型碳纳米材料。
所述废物处理的系统可进一步包括空气入口，其中，所述加热室可与所述空气入口流体连接。所述空气入口可配置为在系统使用时向加热室供应空气。
所述加热室可以为任何适合加热所述废物的室。例如，所述加热室可以为燃烧室。
所述废物处理的系统可进一步包括用于冷凝废气中的碳氢化合物气体冷凝系统。所述冷凝系统可以为任何合适的冷凝系统。特别地，所述冷凝系统可以包括适合吸附烃类气体的吸附剂。例如，所述冷凝系统可以包括金属、石英或陶瓷管/管道，可以选择地带有散热片。
根据一特定方面，所述废物处理的系统可进一步包括与所述冷凝系统和/或所述CVD室流体相通的用于处理排气的废气处理系统。在使用中，所述加热室、热解室、干法重整室和所述CVD室可能会排放废气，因此在排入大气之前可以对废气进行处理。这样，本发明的所述的系统就不会向大气排放任何有害和/或有异味的气体，这使所述系统成为环境友好型系统。所述废气处理系统可以为任何适合本发明目的的系统。特别地，所述废气处理系统可以包括用于除臭的吸附溶液和/或固体滤芯。
所述系统可进一步包括一个用于排放排气的气体出口。特别地，所述气体出口可以与所述废气处理系统流体连接，用于排放经过处理废气。
所述废物处理的系统还可包括一个温度控制器，所述温度控制器配置为测量所述加热室、热解室、干法重整室和CVD室的温度。特别地，所述温度控制器可配置为调节所述加热室中进行的加热，以确保在所述废物处理的系统中产生足够的热量，从而依据各室的温度，使所述热解室、干法重整室和CVD室中保持足够的温度。所述温度控制器可包括一个报警器，以便在所述热解室、干法重整室和/或CVD室的温度低于某个预定温度时提醒用户。所述温度控制器可进一步与外部热源连接，以便在需要额外热量时调整供应给所述废物处理的系统的热量。
所述废物处理系统可用于执行上述与本发明第一方面有关的方法。
图2显示了根据本发明的一个实施方案的废物处理系统100。所述系统100包括一个入口(未显示)，待处理的废物由此进入。所述入口可以与一个加热室113和一个热解室106连接。提供给加热室113和热解室106的废物105可以放在各自室113和106内的一个容器104中。系统100可进一步包括一个空气入口112，用于向加热室113供应空气。
加热室113和热解室106可以相互流体连接。这样一来，加热室113中产生的任何气体和热量都可以流向热解室106。
系统100可以进一步包括一个干法重整室114和一个CVD室119。干法转化室114与热解室106相连，后者又与CVD室229相连。根据一个特定的方面，干法重整室114和CVD室119可以通过一个过滤器117分开。过滤器117可以为任何合适的过滤器。例如，过滤器117可以为一个烧结的过滤器。
干法重整室114可以包括干法重整催化剂116。干法重整催化剂116可以为任何合适的催化剂。例如，干法重整催化剂116可以为如上述的处理废物的方法有关的表述。
CVD室119可以包括CVD催化剂118。CVD催化剂118可以为任何合适的催化剂。例如，CVD催化剂118可以如上述所述的处理废物的方法中表述。
所述干法重整室114和CVD室119可进一步包括隔热材料115，用以保持室114和119内的温度。可以使用任何合适的隔热材料。例如，隔热材料115可以为，但不限于，玻璃棉。
系统100可以进一步包括一个冷凝系统120。CVD室119可以与冷凝系统120进行流体连接。特别地，冷凝系统120可以使系统100内产生的碳氢化合物气体得到保留和再利用。因此，冷凝系统120可以包括一个碳氢化合物吸附剂。
凝结系统120可以进一步与烟气系统109连接。特别是，管道可以使来自冷凝系统120的烟气在从出口108排出去之前被引向废气处理系统109。废气处理系统109可以为任何适合处理废气的系统，例如，但不限于过量的CO、过量的CO2、SO2、SO3、H2S、HCl。
图3显示了根据本发明的另一个实施方案的废物处理系统200。系统200的部件与系统100的部件相似。系统200和100之间的区别在于部件的排列。与系统100相比，系统200的优点是干法重整室114和CVD室119内的反应物与干法重整催化剂116和CVD催化剂118有更多的接触时间，从而提高系统内形成的碳纳米材料的产量。
现在将结合废物处理系统100来描述本发明的方法。废物105通过加热室113和热解室106的一个入口被送入。空气通过一个空气入口112供给到加热室113。在加热室113，废物105的发生燃烧。废物105的燃烧导致产生二氧化碳和热量。输送被加热的二氧化碳气体到热解室106。
随后，废物105的热解在热解室106中进行。热解可以在大约400-700℃的温度下进行。热解的热量由废物105在加热室113中燃烧的热量提供。经过一段预定的时间，废物105的热解会形成碳氢化合物气体。
然后，碳氢化合物气体输送到干法重整室114，而干法重整室又与CVD室119相连。引入干法重整室114的二氧化碳和碳氢化合物气体可以进行干法重整，其中可以产生一氧化碳和氢气。在干法重整室中的干法重整可以在600-900℃的温度下在干法重整催化剂116的存在下进行。形成的一氧化碳可进一步与CVD室119中的氢气反应，形成碳纳米材料。在CVD催化剂118的存在下，碳纳米材料可在CVD室119内以450-700℃的温度形成。碳纳米材料可以在干法重整催化剂116和CVD催化剂118的表面形成。
来自加热室113、热解室106、干法重整室114和CVD室119的任何未反应的气体和/或废气输送到冷凝系统120，然后通过管道进入废气处理系统109。气体在烟废气处理系统109中经过处理后，清洁后的气体通过出口108排出系统100或200。
本发明提供了几个优点。特别地，所述废物处理的系统和处理废物的方法具有较低的碳排放量，因为所述系统和方法利用废物处理过程中产生的热能，以及利用所述方法前几个步骤的产品，所以对外部能源的利用最少。所述系统和方法使废物能够形成一种有用的形式。所述系统和方法还能使任何废气得到适当的处理，从而消除了与工艺有关的难闻的气体和气味的释放。
在对本发明进行了总体描述之后，通过参考以下实施例将更容易理解本发明，这些实施例以说明的方式提供，并不意味着是具有限制作用。
具体实施方式
在下面的实施例中，所有使用的化学品都来自Sigma-Aldrich。
热解
将10.0g由42％的LDPE、20％的HDPE、16％的PS、12％的PET、10％的PP(均按重量计)组成的塑料废料供给热解反应器，并以10℃/min的加热速率加热，在600℃下以200ml/min的CO2携载气体进行热解。据观察，在530℃时，开始产生甲烷。热解产物主要包括97.9％v/v的甲烷和21,000ppm的其他碳氢化合物(CxHy)。热解持续了30分钟。最终的固体残留物为0.14g，主要含有碳球，直径分布较窄，为100-250nm。
干法重整催化剂
干重整催化剂Ni-Co-Al、Ni-Co-Al-Mg、Co-Al-Mg和Co-Al-Zr的合成方法如下。
为了合成Ni-Co-Al催化剂，首先将24.9g Co(CH3COO2)-4H2O、1.17gNi(NO3)2-6H2O和0.27g Al2(SO4)3-18H2O加入到150ml的去离子水中，并将混合物在40℃下加热搅拌两小时，直到完全溶解。随后，在搅拌下将1.0M的氨水慢慢加入混合溶液中，直到pH值为8.3时，出现大量的沉淀物。约10分钟后，过滤沉淀物，(用去离子水)清洗并在50℃下干燥过夜，然后在750℃的反应炉中煅烧约3小时。最后，得到的固体被研磨成细粉。
Ni-Co-Al-Mg、Co-Al-Mg和Co-Al-Zr催化剂的制备方法类似，合成条件见表1。
Figure BDA0003550944810000141
表1：干法重整催化剂的制备条件
CVD催化剂
CVD催化剂Co-沸石、Co-Fe-沸石、Co-Ni-沸石和Co-Mg是通过离子交换法制备的，具体如下：为了制备Co-沸石催化剂，将0.46gCo(CH3COO)2·4H2O和5g沸石溶解或分散在200ml去离子水中，在40℃下搅拌两小时。随后，溶液被过滤、洗涤并干燥过夜，然后在500℃下煅烧6h。最后，将其磨成非常细的粉末。
Co-Fe-沸石和Co-Ni-沸石以类似的方式制备。
为了合成Co-Mg催化剂，将前体(乙酸钴、氯化镁)均匀混合，并加入1.0M的氨水，直到达到pH值9.6，形成沉淀。表2中总结了CVD催化剂的合成条件。
Figure BDA0003550944810000151
表2：CVD催化剂的制备条件
碳纳米材料的形成
将2.0g塑料废料(按重量计包括42％的LDPE、20％的HDPE、16％的PS、12％的PET、10％的PP)置于热解室中。提供0.4g Ni-Co-Al作为干法重整催化剂，表2提供了每种CVD催化剂，以40℃/min的加热速度进行加热。热解废物并在600℃下、100ml/min的CO2作为运载气体进行60分钟的催化干法重整。用CO2运载气体代替燃烧步骤，以简化实验。在使用所有相应的CVD催化剂进行CVD反应后，检测CO、CO2、CH4、C2H2和C2H4。
在CVD之后，在CVD催化剂的表面发现单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
虽然以上描述的为示范性的实施方案，但本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的情况下，上述实施方案可做出多种变化。

Claims (20)

1.一种处理废物的方法，所述方法包括：
-加热所述废物产生惰性气体和二氧化碳；
-在所述惰性气体和二氧化碳的存在下热解所述废物，形成碳氢化合物的混合物；
-催化干法重整所述碳氢化合物的混合物，至少形成一氧化碳和氢气；以及
-从所述一氧化碳和氢气中成型碳纳米材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废物为塑料废物、生物质或其组合。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加热包括燃烧所述废物。
4.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述热解包括对所述废物进行催化或非催化热解。
5.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述热解包括在热解催化剂的存在下催化热解所述废物。
6.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述热解为在400-1000℃的温度下进行。
7.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述干法重整包括所述碳氢化合物与所述二氧化碳产生一氧化碳和氢气的干法重整。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳来自所述加热和热解。
9.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述干法重整为在400-1000℃的温度下进行。
10.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述成型碳纳米材料包括从所述一氧化碳和氢气中形成碳纳米材料的化学气相沉积。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述化学气相沉积为在催化剂的存在下进行。
12.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述成型碳纳米材料为在450-1000℃的温度下进行。
13.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，在所述形成碳纳米材料时形成的所述碳纳米材料包括：碳纳米管、碳球、碳纤维、无定形碳、基于石墨烯的纳米材料，或其组合。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管，或其组合。
15.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括处理在所述加热、所述热解、所述干法重整和/或所述成型期间产生的任何废气。
16.一种废物处理的系统，包括：
-用于接收所述废物的入口；
-与所述入口相连的加热室，用于加热所述废物；
-热解所述废物的热解室，所述热解室与所述加热室流体连接；
-与所述热解室流体连接的干法重整室，用于干法重整所述热解室中形成的碳氢化合物；以及
-与所述干法重整室相连的化学气相沉积(CVD)室，用于成型碳纳米材料。
17.如权利要求16所述的系统，其进一步包括冷凝系统，用于冷凝排气。
18.如权利要求16或17所述的系统，其进一步包括与所述冷凝系统和/或所述CVD室流体相通的烟气处理系统，用于处理排气。
19.如权利要求16-18中任一项所述的系统，其进一步包括一个用于排放排气的气体出口。
20.如权利要求16-19中任一项所述的系统，其特征在于，所述加热室与空气入口流体连接。
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CN116371407A (zh) * 2022-12-19 2023-07-04 上海船舶工艺研究所(中国船舶集团有限公司第十一研究所) 一种蛋黄型核壳催化剂Ni@HSS及其制备方法

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