基于超临界水气化副产CO2与废弃塑料制备碳微球系统

本申请涉及废物处理和清洁能源利用，尤其涉及一种基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球系统。

背景技术：

1、高分子塑料具有质量较轻，价格低廉，绝缘隔热，耐腐蚀，美观实用，容易加工成型等优良特性，使得塑料产品迅猛发展，大量代替金属、木材、纸张等材料，广泛应用于国民经济以及生产生活的各个领域。但是在革新人类生产方式的同时，其规模巨大的塑料废弃物也对生态环境形成了严峻的挑战。特别是塑料的耐降解性、一次消费性以及化学添加剂，对土壤、水源等造成了持久的威胁，制约了人与自然的和谐发展。如何高效清洁的处置利用这些塑料废弃物是当今全球所面对的重要话题。尤其在中国，资源匮乏，经济高增长换来环境的急剧恶化，石油资源对外依赖严重，要实现经济和社会的可持续绿色发展，我国需要实现从粗放开发到绿色、循环、可持续经济的转变。因此，塑料废弃物的回收利用和无害化处理，对解决我国的生态环境和能源问题都有非常积极的意义。

2、煤炭超临界水气化技术作为一种全新的煤炭清洁高效发电和转化利用技术，能够实现反应系统的低能耗运行和多相组分的资源化利用。煤在超临界水中的气体产物主要由h2、co、ch4、co2、c2h4和c2h6等构成，产生的气体通过分离就可以进行合理的应用。

3、在以往焚烧、热解等转化方式中，废弃塑料处置技术存在着转化效率低下，生成污染性气体等问题，制约了塑料废弃物的资源化处置进程。超临界二氧化碳(tc＝31.1℃，pc＝7.3mpa)具有接近气体的扩散性和类似液体的高密度，并且具有较低的黏度，较低的表面张力。超临界二氧化碳的超临界状态比较温和，二氧化碳本身低廉易得，化学性质稳定，没有腐蚀性，不自燃，没有爆炸性这些良好的优点使之成为非常好的非极性溶剂。因此，尝试在超临界二氧化碳中对塑料废弃物进行处理，以制备高附加值功能性的碳材料，为塑料废弃物的回收利用探索新型的回收工艺。

4、自从十八世纪六十年代人们进行工业革命以来，环境中的二氧化碳就越来越多，这些温室气体使得世界上温室效应越来越严重，“双碳”目标实现的紧迫性，使得我们更加关注超临界二氧化碳。煤炭超临界水气化技术是一种利用超临界水作为反应介质，冷却后可以生成大量的二氧化碳，如果将生产的二氧化碳利用前反应的预热加热到超临界二氧化碳以及前反应直接分离得到的高温超临界二氧化碳应用到塑料废弃物的回收利用中，不仅可以在超临界二氧化碳中处理废弃塑料制备碳微球和液体化学品，碳微球在电极、化学储能、色谱分离技术和润滑等领域有着巨大的发展潜力；还可以将二氧化碳进行合理的资源化转化，避免二氧化碳在大气中的大量排放。

技术实现思路

1、为解决上述缺陷，本申请的实施例提供一种基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球系统。

2、第一方面，本申请提供了一种基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球系统，该系统包括：

3、超临界二氧化碳供给设备；

4、反应器，反应器与超临界二氧化碳供给设备连接；

5、加热炉，加热炉围绕反应器设置，用于为反应器加热。

6、在其中一个实施例中，超临界二氧化碳供给设备为超临界二氧化碳反应装置或二氧化碳气瓶。

7、在其中一个实施例中，若超临界二氧化碳供给设备为二氧化碳气瓶；

8、该系统还包括：压缩机，压缩机与超临界二氧化碳供给设备及反应器连接，压缩机用于对接收的二氧化碳加压，以达到超临界二氧化碳所需的压力。

9、在其中一个实施例中，压缩机与反应器之间设置有背压阀。

10、在其中一个实施例中，反应器包括一端开口、一端封闭的反应本体，反应本体开口端设置有密封螺母。

11、在其中一个实施例中，反应本体开口端开有废弃塑料入口、超临界二氧化碳入口、混合气体出口；

12、超临界二氧化碳入口与超临界二氧化碳供给设备连接。

13、在其中一个实施例中，混合气体出口管路上设置有排气阀。

14、在其中一个实施例中，反应器内插有温度传感器和压力传感器；

15、温度传感器和压力传感器与计算机连接。

16、第二方面，本申请提供了一种基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球方法，利用如第一方面的基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球系统，该方法包括：

17、将废弃塑料放入反应器中；

18、将超临界二氧化碳通入反应器中；

19、加热炉对反应器进行加热，超临界二氧化碳和废弃塑料进行反应，得到混合气体和产物混合物；

20、反应结束后将混合气体从反应器中排出，然后向反应器中加入有机溶剂，使用有机溶剂对产物混合物经过多次洗涤后从反应器中取出；

21、将有机溶剂与产物混合物进行过滤，得到液体产物和含有碳微球的固体产物；

22、将液体产物进行蒸发处理，得到液体化学品；

23、将含有碳微球的固体产物在烘箱中进行烘干，得到中间相碳微球。

24、在其中一个实施例中，若超临界二氧化碳为二氧化碳气瓶提供，则超临界二氧化碳经过压缩机加压到预设压力后通入反应器。

25、本申请相比现有技术具有以下有益效果：该方案应用超临界水气化副产二氧化碳处理塑料废弃物，为塑料废弃物的回收利用提供了全新的选择和方法，解决塑料废弃物的问题，使塑料废弃物得到资源化的回收利用，降低碳排放；在反应过程中，实验得到液体化学品和中间相碳微球，制备高附加值功能性碳材料，获得更高的经济利益；另外利用煤炭超临界水副产二氧化碳或超临界二氧化碳，不仅实现了二氧化碳的利用，而且超临界二氧化碳不需要再进行能源的消耗达到超临界状态，节约能源，避免能源和资源的浪费。

技术特征：

1.一种基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球系统，其特征在于，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球系统，其特征在于，所述超临界二氧化碳供给设备(11)为超临界二氧化碳反应装置或二氧化碳气瓶。

3.根据权利要求2所述的基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球系统，其特征在于，若所述超临界二氧化碳供给设备(11)为所述二氧化碳气瓶；

4.根据权利要求3所述的基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球系统，其特征在于，所述压缩机(5)与所述反应器(8)之间设置有背压阀(4)。

5.根据权利要求1所述的基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球系统，其特征在于，所述反应器(8)包括一端开口、一端封闭的反应本体，所述反应本体开口端设置有密封螺母(7)。

6.根据权利要求5所述的基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球系统，其特征在于，所述反应本体开口端开有废弃塑料入口、超临界二氧化碳入口、混合气体出口；

7.根据权利要求6所述的基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球系统，其特征在于，所述混合气体出口管路上设置有排气阀(1)。

8.根据权利要求1-7任一项所述的基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球系统，其特征在于，所述反应器(8)内插有温度传感器(3)和压力传感器(2)；

9.一种基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球方法，利用如权利要求1-8任一项所述的基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球系统，其特征在于，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的基于超临界水气化副产co2与废弃塑料制备碳微球方法，其特征在于，若超临界二氧化碳为二氧化碳气瓶提供，则超临界二氧化碳经过压缩机加压到预设压力后通入反应器。

技术总结
本申请公开了一种基于超临界水气化副产CO<subgt;2</subgt;与废弃塑料制备碳微球系统，该系统包括：超临界二氧化碳供给设备；反应器，反应器与超临界二氧化碳供给设备连接；加热炉，加热炉围绕反应器设置，用于为反应器加热。该方案应用超临界二氧化碳处理塑料废弃物，为塑料废弃物的回收利用提供了全新的选择和方法，解决塑料废弃物的问题，使塑料废弃物得到资源化的回收利用，降低碳排放；在反应过程中，实验得到液体化学品和中间相碳微球，制备高附加值功能性碳材料，获得更高的经济利益。

技术研发人员：金辉,关美鑫,师进文,李晓宇,王尉佐,吕冰茹,郭烈锦
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16