本技術屬于資源循環(huán)再生利用，具體涉及一種耦合太陽能加速廢舊輪胎熱解制氫工藝及裝置。

背景技術：

1、廢舊輪胎因其抗熱、抗機械及抗生物降解的特性，長期堆積會釋放有毒物質(如多環(huán)芳烴、重金屬)，污染土壤和水源，甚至引發(fā)火災隱患，被稱為“黑色污染”。如何高效、清潔地資源化利用廢舊輪胎，已成為循環(huán)經(jīng)濟與低碳發(fā)展的關鍵課題。

2、目前，熱裂解法是處理廢舊輪胎的主流技術，其在缺氧條件下通過高溫(400-800℃)分解輪胎組分，生成裂解油(占比40-55％)、炭黑(30-35％)、鋼絲(10-15％)及可燃氣(含h2、ch4、co等)。與傳統(tǒng)焚燒、填埋相比，熱解法具有資源利用率高(>95％)、二次污染少等優(yōu)勢，但仍存在以下技術瓶頸：

3、能源消耗與碳排放問題：現(xiàn)有熱解工藝多依賴化石燃料(如天然氣、煤)或電加熱維持高溫反應，導致能耗成本高且碳排放強度大(每處理1噸輪胎約排放0.8-1.2噸co2)。如公告號為cn114904894b的中國專利公開了一種基于熔融鹽的有機固廢處理的方法及裝置，采用的熱源依然是化石原料。傳熱不均與反應效率限制：廢舊輪胎熱導率低(0.1-0.3w/m·k)，傳統(tǒng)靜態(tài)或機械攪拌反應器存在傳熱傳質效率低、局部過熱結焦等問題，導致熱解反應速率慢、產(chǎn)物選擇性差(裂解油中輕質組分占比低、氫氣產(chǎn)率不足5％)。產(chǎn)物品質與氫氣產(chǎn)率不足：常規(guī)熱解可燃氣中氫氣體積分數(shù)普遍低于20％，且伴隨焦油生成(影響后續(xù)利用)。

4、因此不少學者嘗試研究一種新的工藝，突破技術瓶頸問題，cn117604237a，公開了一種太陽能驅動的電路板熱解制氫和回收金屬聯(lián)產(chǎn)工藝，基于太陽能加熱裂解電路板，回收氫氣，在白天的情況下可以利用太陽能對熔融鹽加熱，但是在沒有太陽的情況下，依然需要依靠化石燃料。

5、因此，針對現(xiàn)有技術中存在的廢舊輪胎裂解工藝能耗高、氫氣產(chǎn)率不足、傳熱不均勻等問題，亟待提出一種耦合太陽能加速廢舊輪胎熱解制氫工藝及裝置，以解決現(xiàn)有技術中存在的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中存在的廢舊輪胎裂解工藝能耗高、氫氣產(chǎn)率不足、傳熱不均勻等問題，本技術提出一種耦合太陽能加速廢舊輪胎熱解制氫工藝及裝置，以解決現(xiàn)有技術中存在的問題。

2、本技術的技術方案如下：

3、一方面，本技術提供一種耦合太陽能加速廢舊輪胎熱解制氫工藝，包括如下步驟：

4、步驟s1.制備熔融鹽和廢舊輪胎粒

5、將li2co3、k2co3、na2co3三種物質混合均勻，升溫隨后保溫并冷卻至室溫，最后破碎過篩得到li2co3-na2co3-k2co3三元混合熔融鹽；

6、將廢舊輪胎中的鋼絲剝離出來并進行粉碎得到廢舊輪胎顆粒；

7、上述制備熔融鹽和廢舊輪胎粒不分先后；

8、步驟s2.廢舊輪胎裂解

9、向反應器加入li2co3-na2co3-k2co3三元混合熔融鹽、氧化鈣和廢舊輪胎顆粒，在保護氣氛下，廢舊輪胎顆粒裂解反應產(chǎn)生氣態(tài)物質和灰分；所述氣態(tài)物質為h2、小分子脂肪烴、芳烴、co和co2，所述灰分包括金屬單質和無機非金屬組分。

10、步驟s3.催化重整

11、將步驟s2中的氣態(tài)物質通入堿性液體凈化，隨后冷凝除雜，最后在復合金屬氧化物鎳鎂鋁催化劑的作用下催化重整，得到氫氣和其他氣體進行分類儲存；

12、步驟s4.熔融鹽和氧化鈣的回收利用

13、步驟s2中的灰分被li2co3-na2co3-k2co3三元混合熔融鹽和氧化鈣吸收得到混合物，將混合物除去炭黑，并返回熔融鹽儲罐。

14、優(yōu)選的，所述步驟s1中l(wèi)i2co3-na2co3-k2co3三元混合熔融鹽中包括20～50wt％li2co3，20～50wt％na2co3，20～50wt％k2co3。

15、進一步優(yōu)選的，所述步驟s1中l(wèi)i2co3-na2co3-k2co3三元混合熔融鹽中，包括32.1％li2co3、33.4％na2co3、34.5％k2co3(wt％)。

16、優(yōu)選的，所述步驟s1中，li2co3、k2co3、na2co3三種物質升溫至600℃，升溫速度為10℃/min，保溫6h，過60目篩；廢舊輪胎顆粒為橡膠輪胎。

17、優(yōu)選的，所述步驟s2中氧化鈣添加量為li2co3-na2co3-k2co3三元混合熔融鹽質量的為8～10％；廢舊輪胎顆粒的添加量為li2co3-na2co3-k2co3三元混合熔融鹽質量的為20％；保護氣為氮氣，通入速度為25ml/min；裂解反應梯度升溫，升溫速度為20℃/min，先升溫至700℃，保溫處理0.5h，繼續(xù)升溫至750～800℃，保溫處理5～10min。

18、優(yōu)選的，所述小分子脂肪烴包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷和丙烯；所述芳烴包括苯、甲苯和二甲苯。

19、優(yōu)選的，所述步驟s3中的堿性液體為5mol/l的氫氧化鈉溶液，冷凝的溫度為6℃，所述氣態(tài)物質的氣體流速為25ml/min，復合金屬氧化物鎳鎂鋁催化劑中n(ni2+):n(mg2+):n(al?3+)＝0.5:1.2:1。

20、另一方面，本技術提供一種耦合太陽能加速廢舊輪胎熱解制氫工藝的裝置，包括熱解反應器，所述熱解反應器上方設有固體廢料入口、氣體入口和氣體出口，所述熱解反應器的側壁下方設有熔融鹽入口，所述熱解反應器側壁下方設有熔融鹽出口，所述固體廢料入口連通輪胎破碎機，所述熔融鹽入口連通熔鹽儲罐入口，所述熔鹽儲罐上還設有出口，所述熔融鹽出口管路與熔融鹽出口連通，所述管路上設有炭黑過濾器，所述炭黑過濾器上設有過濾器出口和過濾器入口，所述炭黑過濾器入口與熔融鹽出口連通，所述炭黑過濾器出口連通兩根并聯(lián)的管路，所述兩根并聯(lián)的管路上均設有閥門，其中，一根管路連接有電加熱裝置，另一管路上連接有槽式聚光集熱器，所述兩根并聯(lián)的管路并聯(lián)后均與所述熔融鹽入口連通。

21、優(yōu)選的，所述電加熱裝置還串聯(lián)有光伏板和蓄電池，所述光伏板用于將太陽能儲存轉化為電能儲存在所述蓄電池中，所述蓄電池在夜間或陰天通過電加熱裝置給熔融鹽加熱；所述熱解反應器上的氣體出口順著氣體流向依次連通氣體處理裝置、冷凝管、催化重整反應器和氣體分離器，所述氣體分離器還分別連通儲氫罐和co儲存罐，所述催化重整反應器和氣體分離器連通的管路上設有用于檢測氣體成分的氣體檢測系統(tǒng)，所述催化重整反應器外設有加熱層。

22、優(yōu)選的，所述熱解反應器包括設置在頂端的電機和設置在熱解反應器內(nèi)部的自吸式攪拌器，所述電機通過聯(lián)軸器與所述自吸式攪拌器連接，所述自吸式攪拌器包括空心傳動軸以及設置在空心傳動軸上靠近電機的自吸式葉輪和遠離電機的軸流槳，所述軸流槳的槳葉上焊接套筒，所述套筒的半徑小于槳葉的半徑，所述套筒延伸至熱解反應器底部。

23、優(yōu)選的，所述熱解反應器內(nèi)部設有反應釜，所述反應釜的外部設有加熱層，所述反應釜的內(nèi)部沿軸向方向設有曲面擋板，所述曲面擋板表面均勻設有半球狀凸起，用于增大傳熱面積，增加廢舊輪胎裂解速度，所述反應釜的上方還設有除沫器，用于去除油氣中的泡沫；所述熱解反應器上方還設有用于檢測所述反應釜內(nèi)部溫度的熱電偶和壓力計。

24、本技術的有益效果如下：

25、熔融鹽因其高儲能密度、寬液態(tài)溫度范圍、低蒸汽壓、良好的傳熱性能、長壽命、高安全性、環(huán)境友好等優(yōu)點，在能源和工業(yè)領域具有廣泛的應用前景。本發(fā)明正是利用熔融鹽良好的傳熱特性，將太陽能通過光-熱以及光-電-熱兩種途徑傳遞到熔融鹽內(nèi)，使得液態(tài)的高溫熔融鹽作為給廢舊輪胎顆粒熱解的熱源，液態(tài)的熔融鹽搭配本發(fā)明中的自吸式攪拌器可以使廢舊輪胎顆?？焖倬鶆虻嘏c熔融鹽融合，大大加快了反應的速度以及提高了產(chǎn)品的質量；同時，堿性的熔融鹽可以中和反應過程中產(chǎn)生氣體的酸性氣氛，減少對設備的腐蝕。

26、與傳統(tǒng)熱解技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點：

27、本發(fā)明利用的是太陽能加熱熔融鹽，太陽能是一種可再生、無污染的能源，利用太陽能驅動廢舊輪胎熱解制氫，無需消耗傳統(tǒng)化石燃料或大量電力，從而顯著降低了能源成本，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

28、本發(fā)明通過中間傳熱介質熔融鹽來加熱廢舊輪胎，熔融鹽具有良好的熱傳導性能，能夠快速、均勻地將熱量傳遞給廢舊輪胎，顯著提高熱解效率；并且熔融鹽作為液態(tài)介質，能夠與廢舊輪胎充分接觸，避免傳統(tǒng)熱解中常見的傳熱不均問題；熔融鹽可以抑制熱解過程中有害氣體的釋放，同時將有害金屬元素保留在熔融鹽中，減少對環(huán)境的污染。

29、本發(fā)明在傳統(tǒng)熱解反應器的基礎上增加了自吸式攪拌器實現(xiàn)了液態(tài)熔融鹽與廢舊輪胎顆粒更加均勻地混合，反應速率顯著提升，同時提高了產(chǎn)品的質量。

30、本發(fā)明在熱解反應器內(nèi)的自吸式攪拌器外面的擋板內(nèi)壁增加了許多半球凸起，凸起的存在可以增加實際的傳熱面積，提高傳熱效率；凸起結構可以與攪拌器協(xié)同作用，進一步增強熔融鹽與輪胎碎屑的混合效果，通過改變流體的流動方向和速度，凸起能夠使物料更加均勻地分散在反應釜內(nèi)。

31、本技術在熔融鹽中加入氧化鈣，cao能與廢舊輪胎熱解過程中釋放的含硫化合物反應，生成穩(wěn)定的硫化物，降低廢氣中硫含量，cao與廢舊輪胎熱解產(chǎn)生的co2反應生成caco3，且caco3可通過高溫煅燒再生為cao，實現(xiàn)循環(huán)利用。cao能中和熱解氣中的酸性氣體，避免其對反應器及管道的腐蝕。cao可調(diào)節(jié)熔融鹽的酸堿平衡，防止熔融鹽因酸性氣體積累而性能劣化，增強熔融鹽對重金屬的吸附能力，減少灰分中重金屬浸出風險。cao通過吸收co2和硫化物，減少焦油及雜質氣體生成，提升催化重整階段氫氣選擇性，同時抑制積碳反應，延長催化劑壽命。