一种低浓度碳结晶有机废弃物用气相催化裂解处理工艺

技术领域

本发明属于有机物处理技术领域，具体为一种低浓度碳结晶有机废弃物用气相催化裂解处理工艺。

背景技术

低浓度碳结晶有机废弃物通常指含有有机物质，并具有一定碳结晶特征的废弃物，包括植物废弃物：例如农作物秸秆、木屑、花草残余等植物性废弃物。这些废弃物中含有丰富的有机物质，并且在适当条件下可以发生碳结晶；食品废弃物：如果皮、蔬菜渣、食材残余等，这些废弃物含有大量的有机物质，通过一些处理方法也可以形成低浓度碳结晶有机废弃物；生物质废物：包括木屑、麻杆、谷壳等。这些废弃物主要由植物纤维组成，经过处理后也能形成碳结晶有机废弃物，且针对低浓度碳结晶有机废弃物中的食品废弃物处理，可采用气相催化裂解处理工艺实现处理。

现有技术中的低浓度碳结晶有机废弃物用气相催化裂解处理工艺中，在实现对事物废弃物的催化裂解过程中，通过加热使得食物有机废弃物形成气相物质，并在引导气相物质至催化裂化罐中进行催化处理，然而使用的催化剂为单一的Pt/Al2O3，实际在使用过程中受到包括积碳、硫中毒和金属颗粒聚集等影响，从而使得Pt/Al 2O3快速失活，从而降低了催化剂在催化裂化过程中的效率，使得待处理的气相物质处理效果不佳，尾气中残留未完全催化裂化的余量较多，催化裂化效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低浓度碳结晶有机废弃物用气相催化裂解处理工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低浓度碳结晶有机废弃物用气相催化裂解处理工艺，包括以下处理步骤：

S1、预处理：对低浓度碳结晶有机废中的食品废弃物弃物进行预处理，包括去除杂质和固体颗粒；

S2、加热处理：将食品废弃物加热至适当的温度，温度在300℃-600℃之间，使废弃物中的有机物开始分解和挥发，转化为气相，并产生固体残渣，包括灰分和焦炭；

S3、催化反应：将加热后的废弃物气相引入催化反应器中，在催化裂解中产生气体产物，包括碳氢化合和氮气化合物，催化剂为Pt/A l 2O3和HZSM-5的混合催化剂；

S4、分离和收集：在催化反应器出口处，通过冷凝以及吸附剂等分离技术将产生的气体混合物进行分离和收集，将目标产物分离出来，包括液体燃料、高值化学品；

S5、催化剂失活处理：供应强氧化剂，减少催化剂表面积碳失活；

S6、尾气处理和固体清理：针对处理后的尾气，存在未完全转化的废弃物和其他有害物质，采用冷凝、吸附、洗涤等方式完成尾气处理；并在停机后完成固体残渣的清理。

优选的，所述S2中的加热时间，根据食品废弃物的单次处理量控制，保持每100kg的食品废弃物的加热时间为5h，所述述S2中的加热过程中，维持加热罐中搅动，保持内部投入的食品废弃物在旋转搅动下进行加热，保持转速在20到30转/分钟。

优选的，所述S3中，催化剂Pt/Al 2O3和HZSM-5的在比例为3:2，混合催化剂在投入使用前进行搅拌混匀处理，并保持催化剂Pt/Al 2O3和HZSM-5均为颗粒状。

优选的，所述S3中，混合催化剂Pt/Al 2O3和HZSM-5通过震动板置于催化裂解罐中，在处理输入的有机物转化的气相时，维持混合催化剂Pt/A l 2O3和HZSM-5在震动板中的震动。

优选的，所述S3中的碳氢化合为废弃物中的有机物分解为的烃类，如甲烷、乙烷和丙烷；氮气化合物为食品废弃物中的氮在催化裂解过程中形成的氨、氰化物或氨基化合物等。

优选的，所述S4中，烃类气体如甲烷、乙烷、丙烷等通过冷凝和液相吸附等方式进行分离和收集，通过低温冷凝器将气体冷却至低温，使其转变为液态，然后通过液体收集系统进行收集；对于氨、氰化物或氨基化合物等氮气化合物，采用吸附剂进行分离和收集，所述吸附剂包括活性炭、分子筛和金属氧化物吸附剂的任意种或多种。

优选的，所述S5中，在单次送入食物废弃物并完成气相后进行催化裂解中，单批次催化裂解时间为4-5h，每2.5h通入一次强氧化剂，通入时间保持10-12min,所述强氧化剂包括氢气和过氧化氢。

本发明的有益效果如下：

本发明通过新增HZSM-5，作为分子筛催化剂的HZSM-5在使用前与Pt/Al2O3进行充分的混匀，并在混匀下进行震动使用，HZSM-5催化剂主要用于限制产品的进一步裂解和重聚，增强废弃物处理的选择性，混合使用这两种催化剂能够综合发挥它们各自的优点，提高反应的选择性，在比例为3:2的条件下使用混合催化剂，相较于单一催化剂使用，可以在保持催化效果的同时降低催化剂的使用量，降低生产成本，还能减少对稀缺资源的依赖，具有环境和经济效益，并在定期进行一定时间的强氧化剂的通入，能够清除催化剂表面的积炭物质和杂质，防止它们堵塞活性位点，从而延长催化剂的使用寿命，使催化剂表面发生氧化反应，将吸附在催化剂上的有机物氧化为无害的产物，快速恢复催化剂的活性，维持稳定的催化反应，保证气相催化裂解的效率，提高处理效率的同时，去除催化剂表面的积炭和污染物，从而实现催化剂的再生和回收利用，使用效果好。

附图说明

图1为本发明的处理流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种低浓度碳结晶有机废弃物用气相催化裂解处理工艺，包括以下处理步骤：

S1、预处理：对低浓度碳结晶有机废中的食品废弃物弃物进行预处理，包括去除杂质和固体颗粒；

S2、加热处理：将食品废弃物加热至适当的温度，温度在300℃-600℃之间，使废弃物中的有机物开始分解和挥发，转化为气相，并产生固体残渣，包括灰分和焦炭；

S3、催化反应：将加热后的废弃物气相引入催化反应器中，在催化裂解中产生气体产物，包括碳氢化合和氮气化合物，催化剂为Pt/Al2O3和HZSM-5的混合催化剂；

S4、分离和收集：在催化反应器出口处，通过冷凝以及吸附剂等分离技术将产生的气体混合物进行分离和收集，将目标产物分离出来，包括液体燃料、高值化学品；

S5、催化剂失活处理：供应强氧化剂，减少催化剂表面积碳失活；

S6、尾气处理和固体清理：针对处理后的尾气，存在未完全转化的废弃物和其他有害物质，采用冷凝、吸附、洗涤等方式完成尾气处理；并在停机后完成固体残渣的清理。

其中，S2中的加热时间，根据食品废弃物的单次处理量控制，保持每100kg的食品废弃物的加热时间为5h，述S2中的加热过程中，维持加热罐中搅动，保持内部投入的食品废弃物在旋转搅动下进行加热，保持转速在20到30转/分钟。

在使用过程中，通过控制单批处理量下的加热时间，确保废弃物充分暴露在合适的温度条件下进行催化裂解，从而提高反应效率，恰当的加热时间可以促进废弃物中的有机物分子间碰撞和反应，有利于高效转化和降解，且在加热过程中的搅动和旋转搅动有助于有效混合废弃物，使其均匀受热，避免废弃物局部温度过高或过低导致的反应不均匀现象，提高有机物的裂解和转化效果，同时增强残留物的处理效果，并通过加热过程中的搅动和旋转搅动，废弃物颗粒之间的接触面积增大，从而促进了气体在固体废弃物表面的传质，提高气体与废弃物中的有机物接触，提高反应效率和产物收率，通过控制了转速在20到30转/分钟之间，保证在加热过程中废弃物的均匀加热，避免因转速过快或过慢导致的温度不均和过度分解等安全问题。

其中，S3中，催化剂Pt/Al 2O3和HZSM-5的在比例为3:2，混合催化剂在投入使用前进行搅拌混匀处理，并保持催化剂Pt/Al 2O3和HZSM-5均为颗粒状，混合催化剂Pt/Al2O3和HZSM-5通过震动板置于催化裂解罐中，在处理输入的有机物转化的气相时，维持混合催化剂Pt/Al 2O3和HZSM-5在震动板中的震动，S3中的碳氢化合为废弃物中的有机物分解为的烃类，如甲烷、乙烷和丙烷；氮气化合物为食品废弃物中的氮在催化裂解过程中形成的氨、氰化物或氨基化合物等。

在使用过程中，通过利用Pt/Al2O3催化剂可促进催化裂解反应的进行，提高产物的转化率，而HZSM-5催化剂主要用于限制产品的进一步裂解和重聚，增强气相废弃物处理的选择性，混合使用这两种催化剂能够综合发挥它们各自的优点，提高反应的选择性，在比例为3:2的条件下使用混合催化剂，相较于单一催化剂使用，可以在保持催化效果的同时降低催化剂的使用量，这样不仅可以降低生产成本，还能减少对稀缺资源的依赖，具有环境和经济效益，且颗粒状催化剂，其颗粒结构有利于催化剂的稳定性和循环利用，颗粒状催化剂可通过过滤、再生等简便的操作进行回收和重复利用，延长催化剂的寿命并减少废弃物的产生。

其中，S4中，烃类气体如甲烷、乙烷、丙烷等通过冷凝和液相吸附等方式进行分离和收集，通过低温冷凝器将气体冷却至低温，使其转变为液态，然后通过液体收集系统进行收集；对于氨、氰化物或氨基化合物等氮气化合物，采用吸附剂进行分离和收集，吸附剂包括活性炭、分子筛和金属氧化物吸附剂的任意种或多种。

在使用过程中，通过低温冷凝器将气体冷却至低温，使其转变为液态，然后通过液体收集系统进行收集，能够有效地将烃类气体从废弃物中分离出来并回收利用，回收并利用这些烃类气体有助于节约能源资源，减少环境污染，并具有经济效益，采用吸附剂进行分离和收集，能够与氮气化合物发生物理或化学吸附作用，从废弃物中将其分离出来，有助于减少氮气化合物的排放和环境污染，保护大气环境的质量，并有利于废弃物的资源化利用，综合减少对自然资源的依赖，降低环境污染，促进废弃物处理的可持续性和高效性。

其中，S5中，在单次送入食物废弃物并完成气相后进行催化裂解中，单批次催化裂解时间为4-5h，每2.5h通入一次强氧化剂，通入时间保持10-12min,强氧化剂包括氢气和过氧化氢。

在使用过程中，在气相催化裂解过程中，催化剂会逐渐失效，导致其催化活性下降，定期通入强氧化剂能够清除催化剂表面的积炭物质和杂质，防止它们堵塞活性位点，从而延长催化剂的使用寿命，有助于保持催化剂的高活性和稳定性，提高催化效率和产物选择性，且通过通入强氧化剂，可以使催化剂表面发生氧化反应，将吸附在催化剂上的有机物氧化为无害的产物，在清洁过程能够恢复催化剂的活性，并去除催化剂表面的积炭和污染物，从而实现催化剂的再生和回收利用，提高催化剂的经济性和环保性具有重要意义，在催化裂解过程中容易产生残留物。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。