專利名稱：波裂解含碳-碳單鍵有機(jī)物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用物質(zhì)波針對含碳-碳單鍵有機(jī)物，特別是橡膠、塑料制品進(jìn)行共振裂解回收其有效成分的方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)家主要任務(wù)是合成，將小分子化合物合成為大分子產(chǎn)物。1900-2011年100年間，人類已合成出2340萬多種化學(xué)合成物，尤其是人造的有機(jī)大分子產(chǎn)物塑料、橡膠、化學(xué)纖維、樹脂、尼龍等制品，業(yè)已成為人類必不可少的日用品和消費(fèi)品。而且，在合成化學(xué)領(lǐng)域有41項(xiàng)諾貝爾獎被合成領(lǐng)域的化學(xué)家獲得。在21世紀(jì)以前，人類努力仿造大自然，去合成天然產(chǎn)物，如人造胰島素。因?yàn)楸恢Z貝爾基金委員會譽(yù)為地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)——大自然的光合作用，就是將二氧化碳，硫化氫和水這些小分子化合物，在太陽光的照射下，形成有機(jī)大分子的過程，大自然若沒有了光合作用就不會有植物的生長，也不會有動物的生存。植物通過光合作用將空氣中的二氧化碳作為碳源，形成纖維素、木質(zhì)素、淀粉、糖類和蛋白質(zhì)等天然有機(jī)大分子。但是，大自然光合作用創(chuàng)造的天然有機(jī)大分子產(chǎn)物，除了那些被埋在地下，經(jīng)過千百萬年的分解反應(yīng)，形成當(dāng)今的化石能源，煤、天然氣、石油以外，暴露在地面上的天然有機(jī)大分子產(chǎn)物，又通過太陽光的照射，發(fā)生分解反應(yīng)，形成氣態(tài)或液態(tài)的有機(jī)小分子化合物而滋潤了大地。因此，大自然的光合作用通過大自然的光解作用構(gòu)成了地球資源的循環(huán)。然而，化學(xué)合成物的大肆生產(chǎn)，造成了地球資源循環(huán)鏈的打斷。大自然賜予人類的分解產(chǎn)物天然氣、石油、煤，隨著人類對能源的加速消耗，將很快被開采殆盡。人工合成的大分子產(chǎn)物很難分解，如塑料、橡膠、尼龍、有機(jī)纖維等，這些人造有機(jī)大分子制品的廢棄物，已給人類居住環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。輪胎所造成的“黑色污染”和塑料所造成的“白色污染”已引起了世界各國政府的特別關(guān)注。這些人造制品在太平洋和大西洋形成的“塑料洲”，更是造成了各國政府的不安。僅太平洋“塑料洲”的面積已經(jīng)是整個(gè)歐洲陸地面積的三分之一，而且“塑料洲”面積增長速度極快。到2030年，塑料洲的面積將會變成是歐洲大陸面積的3倍。為解決工業(yè)與生活垃圾處理對于環(huán)境的污染、占用農(nóng)業(yè)耕地和回收利用能源等諸多問題，當(dāng)前較為常見的處理手段是熱裂解方法。熱裂解的基本手段是采用外部熱源，將熱能轉(zhuǎn)化為化合物分解所需的化學(xué)能。在熱裂解過程中，依靠熱交換和熱傳導(dǎo)作用將大分子化合物達(dá)到高溫分解的臨界點(diǎn)。熱裂解依靠熵增加原理，提供的能量是熱。所以熱裂解的裂解速度與起始物料的溫度有關(guān)。根據(jù)阿倫尼烏斯定理，每升高10°c，反應(yīng)速度提高2-4倍，物料起始溫度越高，熱裂解速度越快。熱裂解只能依靠短程傳輸熱量，使物料溫度升高，達(dá)到裂解溫度才能進(jìn)行。但對于大多數(shù)有機(jī)高分子聚合體來說，其都是熱的不良導(dǎo)體，熱傳導(dǎo)和熱交換速度很慢，只有溫度超過600°C以上，熱輻射的作用才比較明顯。所以，即使某些有機(jī)高分子聚合體的熱分解溫度低于300°C，比如說有機(jī)玻璃，熱裂解的溫度也必須超過400°C才能正常反應(yīng)。
隨著技術(shù)的發(fā)展，人們開始嘗試?yán)梦镔|(zhì)波，例如電磁波、機(jī)械波等來裂解這些含碳碳鍵的有機(jī)物。與上述熱裂解相比，采用波裂解可以通過穿透物料，使物料從深層開始裂解，屬于遠(yuǎn)程傳遞熱量。利用波對物體的穿透能力和對金屬的反射作用，可以將發(fā)射波限制在特定的金屬容器中，形成波反應(yīng)腔。反應(yīng)物料在波的反應(yīng)腔內(nèi)發(fā)生裂解反應(yīng)，有機(jī)小分子產(chǎn)物變成蒸汽逸出與固態(tài)物料分離，前者經(jīng)冷凝和壓縮，分離得到液態(tài)的燃料油和不可壓縮的可燃?xì)怏w，后者可收集固體碳。例如在中國專利CN102477307A中公開了一種微波裂解裝置，它包括微波裂解室、冷卻器以及儲油罐，所述冷卻器設(shè)置在微波裂解室與儲油罐之間。采用該裝置對垃圾等進(jìn)行裂解后可回收其有用成分。但該專利并沒有公開波的頻率與裂解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率的關(guān)系以及為轉(zhuǎn)化和分解這些產(chǎn)物所需能耗的情況。也就是說，該專利申請僅僅公開了一種微波裂解的裝置以及采用微波裂解產(chǎn)物的概念。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀以及存在的問題，發(fā)明人經(jīng)過多年的摸索和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物時(shí)，通過將波的頻率控制在一定的范圍內(nèi)可明顯的提高產(chǎn)物的裂解轉(zhuǎn)化率。同時(shí)，耗能量相比于其它頻段明顯降低，在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的目的就是利用波裂解的方式進(jìn)行大分子有機(jī)物的裂解，以提高工業(yè)與生活垃圾中有機(jī)物的裂解率與轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而獲得可回收再利用的能源產(chǎn)品。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案:一種波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其特征在于:將頻率為1000-2000MHZ或者2500-3500MHZ的輻射波導(dǎo)入到放置有含碳碳單鍵有機(jī)物的金屬密封容器中，輻射波照射于有機(jī)物的表面和穿透至有機(jī)物內(nèi)部，從而引起有機(jī)物中含有碳-碳化學(xué)單鍵的重復(fù)單元產(chǎn)生共振，使得碳-碳化學(xué)單鍵在共振條件下發(fā)生斷裂，有機(jī)物被分解為氣態(tài)的低碳有機(jī)物、液態(tài)的中碳有機(jī)物和固態(tài)的高碳有機(jī)物。產(chǎn)生上述輻射波的輻射發(fā)生裝置設(shè)置于金屬密閉容器的外部，通過設(shè)定的窗口將輻射波向金屬容器內(nèi)部導(dǎo)入；金屬密閉容器設(shè)置有供有機(jī)物投入與裂解產(chǎn)物排出的通道，針對該通道實(shí)施防輻射泄露處理。在上述波裂解過程中，向金屬密閉容器中投入催化劑以加快碳-碳化學(xué)單鍵的斷裂和引發(fā)鏈反應(yīng)速度。向密閉容器中投入的催化劑的量以質(zhì)量百分比計(jì)占混合物料總量的0.1%_10%。所述的催化劑為至少一種選自氧化鎳(NiO)，四氧化三鐵(Fe3O4)，氧化鈷(CoO)，硝酸鎘(Cr (NO3) 3)，硫化鐵(FeS2),硫化亞銅(Cu2S),碳(C)，氧化鐵(Fe2O3),氧化鋅(ZnO)，三氧化二錳(Mn2O3)，羰基鎳(Ni (CO) 4)，羰基鐵(Fe (CO) 5), y -Al2O3,氧化亞銅(Cu2O)，氧化鉛(PbO)，氧化鈣(CaO)和氧化鑰(MoO3)組成的組份。在進(jìn)行波裂解之前，將催化劑均勻地混合于大分子有機(jī)物中。所述輻射波的頻率優(yōu)選在1200 - 1800MHz或者2700 — 3500MHz之間；更加優(yōu)選在 1200 — 1600MHz 或者 2900 — 3500MHz 之間。所述輻射波可以為電磁波或機(jī)械波。所述的電磁波包括微波；所述的機(jī)械波包括聲波和振動波。
在波裂解之前，采用機(jī)械粉碎裝置將大分子有機(jī)物粉碎至直徑為1.5厘米以下的顆粒。裂解產(chǎn)生的氣態(tài)有機(jī)物，采用冷凝裝置或加壓冷凝裝置加以收集、分離與提純。裂解產(chǎn)生的固態(tài)有機(jī)物，采用余熱回收方法將其熱量利用，降至室溫的固態(tài)有機(jī)物根據(jù)原料不同，可生產(chǎn)炭黑、活性炭與焦炭。由于上述處理工藝只對碳-碳化學(xué)單鍵產(chǎn)生共振影響，對其它化學(xué)鍵沒有影響或者影響很小，因此對無機(jī)物或共軛雙鍵體系，波裂解作用不大。本發(fā)明對混合物中存在碳-碳單鍵的有機(jī)大分子，能方便地、選擇性利用，而得到可燃?xì)?、燃料油和固體炭，以替代化石能源天然氣、石油和煤等產(chǎn)品。輻射波的發(fā)生裝置為電場與磁場相互作用，產(chǎn)生具有特定頻率的波動，以輻射方法傳送出去。大分子有機(jī)物對于地球環(huán)境污染的根源在于人造化學(xué)合成物難以分解，本發(fā)明提出的波裂解方法與熱裂解的區(qū)別主要在于波裂解無需供熱源，采用共振斷裂化學(xué)鍵，選擇性好。更為重要的是，本發(fā)明利用有機(jī)大分子結(jié)構(gòu)中都存在有碳-碳化學(xué)單鍵，選擇使用碳-碳化學(xué)單鍵共振的特定頻率的輻射波，使有機(jī)大分子結(jié)構(gòu)中的碳-碳化學(xué)單鍵產(chǎn)生共振而發(fā)生化學(xué)單鍵斷裂，形成分解產(chǎn)物。波裂解大分子有機(jī)物的方法，能夠直接地解決當(dāng)前世界的能源危機(jī)問題。世界能源利用90%以上的化石能源煤、石油、天然氣。原料就是有機(jī)生命體，埋在地底下經(jīng)過千百萬年的分解反應(yīng)，形成氣態(tài)的分解產(chǎn)物就是天然氣等可燃性氣體，形成液態(tài)的分解產(chǎn)物就是石油等，形成固態(tài)的分解產(chǎn)物就是煤等。波裂解技術(shù)可以將所有有機(jī)生命體快速分解成天然氣、生物質(zhì)油和固體炭，形成化石能源的替代產(chǎn)品。波裂解大分子有機(jī)物的方法，針對人造有機(jī)大分子產(chǎn)物，同樣可以快速將難以降解的人造有機(jī)大分子產(chǎn)物分解成C1-C4的可燃?xì)?，C5-C20的燃料油和C20以上的固態(tài)炭。只要人造有機(jī)大分子產(chǎn)物中存在有碳-碳化學(xué)單鍵，波裂解可以選擇性的使碳-碳化學(xué)單鍵斷裂，形成小分子有機(jī)物。例如，煤的結(jié)構(gòu)和浙青的結(jié)構(gòu)中都含有碳-碳單鍵和氫元素。波裂解方法可以用于煤的焦化、煤的液化和煤的氣化，也可以用于浙青裂解生產(chǎn)輕質(zhì)油，液化氣和浙青焦炭。在上述方法的基礎(chǔ)上，為提高波裂解反應(yīng)中輻射波產(chǎn)生、傳輸與引發(fā)裂解反應(yīng)全過程中的可靠性，降低對于周圍環(huán)境與操作人員的危害，可采取的進(jìn)一步改進(jìn)措施是，產(chǎn)生輻射波的輻射發(fā)生裝置設(shè)置于金屬密閉容器的外部，通過設(shè)定的窗口將輻射波向金屬容器內(nèi)部導(dǎo)入。輻射發(fā)生裝置安裝在裂解反應(yīng)容器的外部，與裂解原料屬非接觸性引發(fā)反應(yīng)。當(dāng)輻射波發(fā)生啟動或停止時(shí)，能方便地操作裂解反應(yīng)的進(jìn)行與終止。整個(gè)分解反應(yīng)過程無碳消耗，無任何廢棄物，安全衛(wèi)生無污染。綜上所述，本發(fā)明波裂解大分子有機(jī)物的方法具有以下優(yōu)點(diǎn):1、創(chuàng)造性提出利用輻射波裂解大分子有機(jī)物的方法，能夠定向地形成大分子有機(jī)物的裂解反應(yīng)，無需外部熱源，顯著地降低能耗與對于外部環(huán)境的污染。2、利用波裂解的方式，能夠有效地提高工業(yè)與生活垃圾中有機(jī)物的裂解率與轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而可直接獲得再次利用的能源產(chǎn)品，如天然氣、可燃油與固體炭等。3、波裂解方法的操作工藝較為簡單、分解產(chǎn)物收集方便、反應(yīng)速度快，有利于與之配套的控制工藝與裂解設(shè)備的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，能夠大規(guī)模地推廣與實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。4、碳-碳化學(xué)單鍵的鍵長在1.45A -1.55人之間，大分子有機(jī)物如纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、甲殼素、淀粉、多糖、蛋白質(zhì)、多肽等，或者是人造有機(jī)大分子化合物，塑料、橡膠、樹脂、有機(jī)纖維、人造革、玻璃鋼、電木、農(nóng)藥等，結(jié)構(gòu)中都存在有C-C鍵重復(fù)單元，波裂解工藝能夠?qū)⑸鲜龅挠袡C(jī)大分子化合物通過C-C鍵的斷裂，都分解形成有機(jī)小分子產(chǎn)物，或者說形成化石能源的替代品。因此，本專利的應(yīng)用范圍十分廣泛，同時(shí)，也能夠包括任何含有有機(jī)物的工、農(nóng)業(yè)廢棄物，如廢舊塑料、橡膠、秸桿、干草等工農(nóng)業(yè)垃圾，以及木屑、樹葉、樹枝、蝦皮、蟹殼等城市生活垃圾、醫(yī)療垃圾和電子垃圾。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合對不同物料的處理詳細(xì)闡述本發(fā)明實(shí)施例1:對順丁橡膠的波裂解用頻率為1000-2000MHZ或者2500_3500ΜΗζ的微波或者聲波照射到順丁橡膠固體物料上，使順丁橡膠中的有機(jī)高分子聚丁二烯發(fā)生分解反應(yīng)，變成丁二烯等有機(jī)小分子產(chǎn)物。這些有機(jī)小分子產(chǎn)物先形成油氣從反應(yīng)體系中逸出，與固體分離。油氣經(jīng)過冷凝和壓縮，分別得到C5-C2tl的油，C2-C5的液化氣和ch4、h2、CO等不可壓縮氣。波照射裂解過程中的有機(jī)小分子產(chǎn)物是通過油氣的蒸發(fā)與固體分離。固體殘留在反應(yīng)器中，用適當(dāng)?shù)妮斔头绞酵迫牍腆w收集罐中。在采用2500-3500MHZ的波輻照時(shí)，順丁橡膠波裂解產(chǎn)物中，油氣的比例在55%-60%，其中冷卻的液體油占60% 70%，可壓縮氣占15% 20%，不可壓縮氣占10% 15%，固體的比例在40% 45%。順丁橡膠波裂解產(chǎn)物中的可壓縮液化氣中，經(jīng)檢測其中的異丁烯成分占67.8%，說明波裂解斷鍵有一定的選擇性，是通過合適的位置的C-C鍵斷裂而形成。裂解產(chǎn)物為比重約0.86g/L燃料油、含67.8%異丁烯的液化氣、含70%甲烷的不可壓縮氣和粗炭黑，全部都可作為工業(yè)化原料，沒有廢棄物，產(chǎn)物全回收。在采用1000-2000MHZ頻率的波輻照時(shí)，波裂解產(chǎn)物的組成和比例與2500_3500MHz有所不同。產(chǎn)物的分離方法和回收手段基本相同。從產(chǎn)物組成上分析，此頻率范圍的C-C鍵斷裂位置與2500-3500MHZ的C-C鍵斷裂位置有差異，液化氣中丁二烯的含量要高。液體油中的雙鍵組分也較多。說明聚丁烯中的C-C鍵環(huán)境不同，對應(yīng)的頻率也不相同。在1000-2000MHZ頻率范圍的能量消耗與2500_3500MHz相比要大一些，但兩個(gè)頻率段的順丁橡膠波裂解的能耗都不高于600度/噸。1000-2000MHZ頻率裂解速度也明顯要慢，但穿透深度相比要高很多。既低頻率波照射，物料的厚度的影響較小。另外，相同重量下，低頻率波照射裂解產(chǎn)物，所得產(chǎn)物固體量的比例要大一些，氣體產(chǎn)物的量要少一些，液體量相對而言要多一些，其它與高頻率沒有太大的區(qū)別。整個(gè)裂解過程沒有廢棄物，氣、固、液全回收，都是工業(yè)化原料。實(shí)施例2:對氯丁橡膠的波裂解用1000-2000MHZ或2500_3500ΜΗζ的微波或者聲波照射到氯丁橡膠固體物料上，
使氯丁橡膠中的有機(jī)高分子聚氯丁二烯發(fā)生分解反應(yīng)，變成有機(jī)小分子產(chǎn)物。這些有機(jī)小分子產(chǎn)物先形成油氣從反應(yīng)體系中逸出，與固體分離。油氣經(jīng)過冷凝和壓縮，分別得到C5-C20的油，C2-C5的液化氣和ch4、h2、CO等不可壓縮氣。波照射裂解過程中的有機(jī)小分子產(chǎn)物是通過油氣的蒸發(fā)與固體分離。固體殘留在反應(yīng)器中，用適當(dāng)?shù)妮斔头绞酵迫牍腆w收集罐中。氯丁橡膠波裂解產(chǎn)物中，油氣的比例在53%-57%，其中冷卻的液體油占70%-85%，可壓縮氣占10%左右，不可壓縮氣占5%_10%，固體的比例在43%-50%。氯丁橡膠波裂解油氣產(chǎn)物中，經(jīng)檢測，其中的氯丁烯成分較高，在20%-30%。說明波裂解斷鍵有一定的選擇性，是通過合適的位置的C-C鍵斷裂而形成。氯丁膠粉波裂解的能耗不高于700度/噸，裂解產(chǎn)物中液體的比重較大，在1.0Og/L以上。不可壓縮氣中甲烷的含量較高，固體仍然為粗炭黑。產(chǎn)物全部都可作為工業(yè)化原料，沒有廢棄物，產(chǎn)物全回收。實(shí)施例3:對聚苯乙烯的波裂解用1000-2000MHZ或2500_3500MHz頻率范圍內(nèi)的微波或者聲波照射到聚苯乙烯廢塑料上，使聚苯乙烯發(fā)生分解反應(yīng)，變成苯乙烯等有機(jī)小分子產(chǎn)物。有機(jī)小分子產(chǎn)物先形成油氣從反應(yīng)體系中逸出，與固體分離。油氣經(jīng)過冷凝和壓縮，分別得到含苯、甲苯、苯乙烯、二苯乙烷等液體，和甲烷、乙烷、氫氣等可燃?xì)?。波裂解過程中的苯衍生物和有機(jī)小分子先變成氣體與固體分離。固體殘留在反應(yīng)器中，用適當(dāng)?shù)妮斔头绞酵迫牍腆w收集罐中。聚苯乙烯波裂解產(chǎn)物中，油氣的比例在95%-98.4%，其中，通過冷卻得到的液體油占90 95%，氣體占3% 5%，固體占1.6% 3.5%。聚苯乙烯波裂解產(chǎn)物中的液體部分，經(jīng)檢測，苯乙烯和乙苯占70%以上。即聚合的單體苯乙烯為主要裂解產(chǎn)物。說明波裂解斷鍵的選擇性較強(qiáng)，在苯乙烯的聚合處斷鍵。C-C鍵斷裂位置與頻率有較大的對應(yīng)關(guān)系。波裂解聚苯乙烯的耗電量在700度/噸左右。裂解產(chǎn)物中的苯乙烯量可達(dá)50%以上。波裂解聚苯乙烯物料所得的氣體和固體量都很少，也能夠通過工藝進(jìn)行控制。實(shí)驗(yàn)得到最低的固體炭為0.8%，最低的氣體量為2.6%，最高的液體量為96.2%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分說明波裂解聚苯乙烯有很高的選擇性。 實(shí)施例4:對聚乙烯的波裂解用1000-2000MHZ或2500_3500MHz的微波或者聲波照射到聚乙烯廢塑料上，使聚乙烯發(fā)生分解反應(yīng)，變成有機(jī)小分子產(chǎn)物。有機(jī)小分子產(chǎn)物先形成油氣從反應(yīng)體系中逸出，與固體分離。油氣經(jīng)過冷凝和壓縮，分別得到含C5 C20等烴類化合物(液體)，和C2 C4等可壓縮氣(液體)，以及甲烷、乙烷、氫氣等不可壓縮可燃?xì)?。波照射裂解過程中的有機(jī)小分子產(chǎn)物是通過油氣的蒸發(fā)與固體分離。固體殘留在反應(yīng)器中，用適當(dāng)?shù)妮斔头绞酵迫牍腆w收集罐中。聚乙烯波裂解產(chǎn)物中，油氣的比例很大，在95% 99.2%之間。油氣中可冷卻的液體油占20% 50%，可壓縮氣占30% 50%，不可壓縮氣占10% 20%，固體的比例在0.8% 1.8%。聚乙烯波裂解產(chǎn)物中的不可冷凝氣體，經(jīng)檢測丁烯含量最高可達(dá)70%。說明波裂解斷鍵有一定的選擇性，裂解產(chǎn)物中的反應(yīng)單體乙烯，絕大多數(shù)可以循環(huán)利用，提升了產(chǎn)物的附加值。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，聚乙烯的波裂解產(chǎn)物比較難控制，但有規(guī)律可循。如果想得到更多的液體，波的能量密度就不能高，裂解速度不能太快。如果想得到更多的氣體含量，波能量密度要大。一般產(chǎn)物氣體量多，能耗就大，液體多能耗小。波裂解聚乙烯的耗電量在600 800度/噸之間。波裂解聚乙烯物料所得的固體量很少，最低得到過0.6%的固體炭。由于聚乙烯分子是一個(gè)長鏈，結(jié)構(gòu)中C-C鍵的環(huán)境幾乎一致，區(qū)別不大，在長鏈中的任何位置都可以斷裂，所以造成產(chǎn)物組成難以控制。但從反應(yīng)機(jī)理上講，波裂解引起C-C鍵斷裂，從實(shí)驗(yàn)可以證實(shí)。實(shí)施例5:對玻璃鋼的波裂解用1000-2000MHZ或2500_3500ΜΗζ的微波或者聲波照射到玻璃鋼廢料上，使玻璃
鋼中的有機(jī)聚合物發(fā)生分解反應(yīng)，變成有機(jī)小分子產(chǎn)物。有機(jī)小分子產(chǎn)物先形成油氣從反應(yīng)體系中逸出，與固體分離。油氣經(jīng)過冷凝和壓縮，分別得到液體燃料油，可燃?xì)怏w甲烷、甲醛、氫氣等和固體無機(jī)物。波照射裂解過程中的有機(jī)小分子產(chǎn)物是通過油氣的蒸發(fā)與固體分離。固體殘留在反應(yīng)器中，用適當(dāng)?shù)妮斔头绞酵迫牍腆w收集罐中。玻璃鋼波裂解產(chǎn)物隨著所用樹脂的不同而不同，而且，玻璃鋼中有機(jī)物的含量在30%-40%之間，無機(jī)纖維占60%以上。玻璃鋼波裂解的主要目的是解決玻璃鋼廢棄物難處理這一世界性難題。通過波裂解玻璃鋼廢棄物，可以有效地將有機(jī)物和無機(jī)物分離，有機(jī)物形成含大量酚類衍生物的液體部分和熱值大于8000大卡/公斤的氣體部分。有機(jī)物形成的油氣的比例在2:1，無機(jī)物含炭約5%，因比重大、無污染可以填埋，也可以循環(huán)利用。波裂解玻璃鋼以資源循環(huán)利用為主要目的。波裂解可以將難處理的熱固性塑料重新分解，變成可利用的有機(jī)化工原料。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，波裂解I噸玻璃鋼，可得到150公斤左右的有機(jī)液體混合物和150公斤左右的有機(jī)可燃?xì)?，大約70%左右的無機(jī)固體產(chǎn)物。實(shí)施例6:對有機(jī)玻璃-聚甲基丙烯酸甲酯的波裂解用1000-2000ΜΗΖ或2500_3500ΜΗζ微波或者聲波照射到廢有機(jī)玻璃物料上，使聚甲基丙烯酸甲酯發(fā)生分解反應(yīng)，變成液體的甲基丙烯酸甲酯和少量的氣體。有機(jī)玻璃的波裂解處理與聚苯乙烯塑料很相似，裂解產(chǎn)物以液體為主，固體和氣體總和不超過10%。但有機(jī)玻璃的波裂解產(chǎn)物，單體的甲基丙烯酸甲酯含量很高，可達(dá)80%以上。在波長頻率、能量密度、波照射均勻性都控制好的條件下，波裂解有機(jī)玻璃可得到比重為0.94g/L的粗甲基丙烯酸甲酯液體96.2%，固體炭只有0.2%，氣體為3.6%。波裂解有機(jī)玻璃是處理有機(jī)玻璃廢棄物最好的方法之一。波裂解選擇性好，裂解產(chǎn)物幾乎全部是反應(yīng)單體一甲基丙烯酸甲酯。與熱裂解相比，波裂解最大的優(yōu)勢就是反應(yīng)溫度低、裂解率高，反應(yīng)溫度可以控制在300° C以下，而裂解率幾乎是100%。甲基丙烯酸甲酯的沸點(diǎn)較高，很容易冷卻液化，波裂解有機(jī)玻璃的瞬間產(chǎn)物分子都是氣態(tài)，很方便與固體的分離。波裂解有機(jī)玻璃的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，聚甲基丙烯酸甲酯是發(fā)生了 C-C鍵的斷裂，結(jié)構(gòu)中的O-C鍵并沒有破壞，波裂解斷鍵的選擇性很高。波裂解有機(jī)玻璃的耗電量在500度/噸以下。裂解產(chǎn)物中的甲基丙烯酸甲酯量可達(dá)90%以上。波裂解廢有機(jī)玻璃物料所得的氣體和固體量都很少，也能夠通過工藝進(jìn)行控制。實(shí)驗(yàn)得到最低的固體炭為0.2%，最低的氣體量為1.8%，最高的液體量為98.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分說明波裂解有機(jī)玻璃有很高的選擇性，是C-C鍵的斷裂。實(shí)施例7:對玉米秸桿的波裂解玉米秸桿中有40% 50%的纖維素、30% 35%的半纖維素和20%左右的木質(zhì)素。玉米秸桿氧元素含量較高，裂解產(chǎn)物中會形成大量的小分子水。用1000-2000MHz或2500-3500MHZ的微波或者聲波照射到玉米秸桿上，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素會發(fā)生C-C鍵的斷裂，形成有機(jī)小分子產(chǎn)物和水。這些有機(jī)小分子產(chǎn)物先形成煙氣從反應(yīng)體系中逸出，與固體分離。煙氣經(jīng)過冷凝和壓縮，分別得到生物質(zhì)油、可燃?xì)?、和活性炭。波裂解玉米秸桿的裂解產(chǎn)物依然是氣、固、液三種物質(zhì)。氣體和液體首先形成蒸汽與固體分離，然后，蒸汽經(jīng)過冷凝分離出氣體和液體，固體殘留在反應(yīng)器中，用適當(dāng)?shù)妮斔头绞酵迫牍腆w收集罐中。玉米秸桿的波裂解產(chǎn)物中，油氣的比例在80%左右，其中冷卻的液體占30%-50%，氣體占20%-40%。固體的比例在20%左右。玉米秸桿波裂解產(chǎn)物，經(jīng)檢測，液體中有機(jī)物占70%以上，氣體中甲烷含量在75%左右，固體炭的熱值為5700大卡/公斤。玉米秸桿波裂解的能耗不高于500度/噸，裂解的液體產(chǎn)物為含水量20%_30%的生物質(zhì)油，其中酚類衍生物占20%左右，脂肪類化合物占50%左右。氣體產(chǎn)物的熱值在10000大卡/公斤左右，含甲烷75%以上，可直接用于工業(yè)化可燃?xì)?。固體有較高的空隙率，可直接用做工業(yè)化活性炭使用。沒有廢棄物，產(chǎn)物全回收。實(shí)施例8:對樹葉的波裂解樹葉中主要成份是纖維素，少量的多糖和蛋白質(zhì)。由于氧元素含量較高，裂解后會產(chǎn)生大量的水。用2500-3500MHZ的微波或者聲波作用到樹葉上，纖維素等大分子經(jīng)C-C鍵斷裂，生成小分子有機(jī)物和水。有機(jī)小分子產(chǎn)物隨后以蒸汽的形式逸出，與固體分離。煙氣經(jīng)過冷凝和壓縮，分別得到生物質(zhì)油、可燃?xì)?、和活性炭。波裂解樹葉的裂解產(chǎn)物依然是氣、固、液三種物質(zhì)。氣體和液體首先形成蒸汽與固體分離，然后，蒸汽經(jīng)過冷凝分離出氣體和液體，固體殘留在反應(yīng)器中，用適當(dāng)?shù)妮斔头绞酵迫牍腆w收集罐中。樹葉的波裂解產(chǎn)物中，油氣的比例為75-80%，其中冷卻的液體占25-50%,氣體占25%-30%。固體的比例在25-20%左右。在1000-2000MHZ頻率范圍的能量消耗與2500_3500MHz相比要大一些，使用2500-3500MHZ頻段時(shí)能耗不高于400度/噸。經(jīng)檢測，裂解的液體產(chǎn)物為含水量20%_35%的生物質(zhì)油，其中苯和酚類衍生物占50%左右，脂肪類化合物占50%左右，氣體含甲烷60%以上。固體產(chǎn)物具有較高空隙率，可用作活性炭使用。氣固液可全部回收利用，無廢棄物。實(shí)施例9:對木質(zhì)素的波裂解木質(zhì)素的基本結(jié)構(gòu)單元是苯丙烷。用頻率為2500-3500MHZ的微波或者聲波照射到木質(zhì)素固體物料上，使木質(zhì)素中的C-C鍵發(fā)生斷裂，分解成為有機(jī)小分子。這些有機(jī)小分子產(chǎn)物首先形成蒸汽從反應(yīng)體系中逸出，與固體分離。蒸汽經(jīng)過冷凝和壓縮，得到生物質(zhì)油、可燃?xì)夂凸腆w。波照射裂解過程中的有機(jī)小分子產(chǎn)物是通過蒸汽的揮發(fā)與固體分離。固體殘留在反應(yīng)器中，用適當(dāng)?shù)妮斔头绞酵迫牍腆w收集罐中。在采用2500-3500MHZ的波輻照時(shí)，木質(zhì)素分解產(chǎn)物中，蒸汽的比例在60%_80%，其中冷卻的液體油占35% 40%，可壓縮氣占5% 10%，不可壓縮氣占25% 30%，固體的比例在20% 40%。在1000-2000MHz頻率范圍的能量消耗與2500_3500MHz相比要大一些，但兩個(gè)頻率段的木質(zhì)素波裂解的能耗都不高于500度/噸。相同重量情況下，1000-2000MHZ頻率范圍作用于木質(zhì)素時(shí)，所得固體殘留比例大一些，氣體產(chǎn)物比例較小。整個(gè)分解過程，沒有廢棄物產(chǎn)生，尤其是產(chǎn)生氣體部分，甲烷、乙烷、氫氣等可燃?xì)夂砍^85%，可充分利用。下面給出不同發(fā)射頻率的實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果見表I從表中可以看出，控制輻射波的頻率在1000 - 2000MHz或者2500 — 3500MHz，相
比于其它的頻率或區(qū)段可以獲得較高的裂解轉(zhuǎn)化率，較低的能耗，其社會效益和經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。上述具體實(shí)施例是例示性的，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上面的具體描述只是為了解釋本發(fā)明的目的，并非用于限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其特征在于:將頻率為1000-2000MHZ或者2500-3500MHZ的輻射波導(dǎo)入到放置有含碳碳單鍵有機(jī)物的密封容器中，輻射波照射于有機(jī)物的表面和穿透至有機(jī)物內(nèi)部，從而引起有機(jī)物中含有碳-碳化學(xué)鍵的重復(fù)單元產(chǎn)生共振，使得碳-碳化學(xué)鍵在共振條件下發(fā)生斷裂，有機(jī)物被分解為氣態(tài)的低碳有機(jī)物、液態(tài)的中碳有機(jī)物和固態(tài)的高碳有機(jī)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其特征在于:產(chǎn)生輻射波的輻射發(fā)生裝置設(shè)置于金屬密閉容器的外部，通過設(shè)定的窗口將輻射波向金屬容器內(nèi)部導(dǎo)入；金屬密閉容器設(shè)置有供有機(jī)物投入與裂解產(chǎn)物排出的通道，針對通道實(shí)施防輻射泄露處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其特征在于:在上述波裂解過程中，向金屬密閉容器中投入催化劑以加快碳-碳化學(xué)單鍵的斷裂引發(fā)鏈反應(yīng)速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其特征在于:向金屬密閉容器中投入的催化劑的量以質(zhì)量百分比計(jì)占混合物料總量的0.1%-10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其特征在于:在進(jìn)行波裂解之前，將催化劑均勻地混合于大分子有機(jī)物中。
6.根據(jù)權(quán)利要求3 5之一所述的波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其特征在于:所述的催化劑為至少一種選自氧化鎳(NiO)，四氧化三鐵(Fe3O4),氧化鈷(CoO)，硝酸鎘(Cr (NO3) 3)，硫化鐵(FeS2),硫化亞銅(Cu2S),碳(C)，氧化鐵(Fe2O3),氧化鋅(ZnO)，三氧化二錳(Mn2O3),羰基鎳(Ni (CO)4),羰基鐵(Fe (C0)5)，y -Al2O3,氧化亞銅(Cu2O),氧化鉛(PbO)，氧化鈣(CaO)和氧化鑰(MoO3)組成的組份。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其特征在于:所述輻射波的頻率在 1200 — 1800MHz 或者 2700 — 3500MHz 之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其特征在于:所述輻射波的頻率在 1200 - 1600MHz 或者 2900_3500MHz 之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其特征在于:所述輻射波為電磁波或機(jī)械波。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其特征在于:所述的電磁波包括微波；所述的機(jī)械波包括聲波和振動波。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其特征在于:在波裂解之前，采用機(jī)械粉碎裝置將大分子有機(jī)物粉碎至直徑為1.5厘米以下的顆粒。
12.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其特征在于:裂解產(chǎn)生的氣態(tài)有機(jī)物，采用冷凝裝置或加壓冷凝裝置加以收集、分離與提純。
13.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其特征在于:裂解產(chǎn)生的固態(tài)有機(jī)物，采用余熱回收方法將其熱量利用，降至室溫的固態(tài)，根據(jù)有機(jī)物原料不同，可生產(chǎn)炭黑、活性炭與焦炭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種波裂解含碳碳單鍵有機(jī)物的方法，其中將頻率為1000-2000MHz或者2500-3500MHz的輻射波導(dǎo)入到放置有含碳碳單鍵有機(jī)物的密封容器中，輻射波照射于有機(jī)物的表面和穿透至有機(jī)物內(nèi)部，從而引起有機(jī)物中含有碳-碳化學(xué)單鍵的重復(fù)單元產(chǎn)生共振，控制輻射波的輻照時(shí)間，使得碳-碳化學(xué)單鍵在共振條件下發(fā)生斷裂，有機(jī)物被分解為氣態(tài)的低碳有機(jī)物、液態(tài)的中碳有機(jī)物和固態(tài)的高碳有機(jī)物。
文檔編號B01J19/12GK103203211SQ20131009766
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者建方方, 馬連湘, 袁仲雪, 李召峰, 李志華, 張君峰, 王靜 申請人:青島東方循環(huán)能源有限公司