CN111992242A - 一种废塑料催化裂解用催化剂及燃料油的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废塑料催化裂解用催化剂及燃料油的制备方法，该催化剂由质量百分比为3~5%的石英砂、质量百分比为12~18%的白土、质量百分比为76~80%的氧化钙、质量百分比为2~4%的沸石粉组成，上述各组分的质量百分比之和为100%。催化裂解制备燃料油时，将催化剂和废塑料加入高压反应釜中，再通入氮气排出高压反应釜内的空气，然后升温至400~450℃进行催化裂解，并收集油品，反应结束后，收集到的油品即为燃料油。该催化剂可直接用于催化裂解没有经清洗、干燥的废塑料来制备燃料油，且用量少，催化效率高。
Description
技术领域
本发明属于废塑料回收利用技术领域，具体涉及一种废塑料催化裂解用催化剂及燃料油的制备方法。
背景技术
随着生活水平的提高，塑料产量持续增加，废塑料是目前城市固体垃圾中的主要组成部分，废塑料造成的白色污染日益严重，如何有效回收处理废塑料成为全球关注的问题。目前国内外处理废塑料主要有填埋法、焚烧发电、再生造粒和裂解油化技术等。将废塑料直接填埋和焚烧，会对环境造成二次污染。再生造粒对原料要求较高，在一定程度上实现了废塑料的回收利用，但不能从根本上解决塑料污染问题。裂解油化技术作为一种新的资源化利用方式，具有高效、环保、无二次污染和高附加值烃类产物等特点，为废塑料资源化利用开辟了新道路。
我国生活垃圾中的废塑料大部分为一次性包装材料，主要成分为聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS），且PE、PP和PS只含有C和H，裂解时也不会产生有害气体，是裂解制取燃料的主要原料。
催化剂在裂解油化技术中起到关键作用，目前关于废塑料裂解催化剂的研究大多针对单一塑料成分，而在实际应用中垃圾分类还不成熟，生活垃圾中废塑料种类繁多、杂质多，分选出单一品种的废塑料会增加分选成本，因此，开展混合塑料的裂解催化研究十分必要。对于混合塑料的研究，相关文献报道较少。Miandad团队采用天然沸石和合成沸石催化剂对PP和PE混合塑料进行裂解催化，以混合塑料为原料进行催化裂解，在450 ℃下催化裂解，出油率为18%~60%，催化剂的用量为混合塑料质量的10%，不但催化剂的用量大，而且裂解前需对废塑料进行前处理（清洗、烘干等），以降低废塑料的杂质含量和含水率，这样增加前处理工序，无疑会增加处理成本，不利于实际应用。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种废塑料催化裂解用催化剂及催化裂解制备燃料油的方法，该催化剂可直接用于催化裂解没有经清洗、干燥的废塑料来制备燃料油，且用量少，催化效率高。
一种废塑料催化裂解用催化剂，所述催化剂由质量百分比为3~5%的石英砂、质量百分比为12~18%的白土、质量百分比为76~80%的氧化钙、质量百分比为2~4%的沸石粉组成，上述各组分的质量百分比之和为100%。
进一步地，所述催化剂由质量百分比为4%的石英砂、质量百分比为15%的白土、质量百分比为78%的氧化钙、质量百分比为3%的沸石粉组成。
一种燃料油的制备方法，包括以下步骤：
（1）配制催化剂：按前面所述的一种废塑料催化裂解用催化剂称取各组分，然后将各组分混合并搅拌均匀，再放入烘箱烘干以除去催化剂表面结合的水分子，然后取出备用；
（2）催化裂解：将步骤（1）制备得到的催化剂和废塑料加入高压反应釜中，再通入氮气排出高压反应釜内的空气，然后升温至400~450 ℃进行催化裂解，并收集油品，反应结束后，收集到的油品即为燃料油。
进一步地，所述废塑料直接来源于生活垃圾。
进一步地，步骤（2）中催化剂和废塑料的质量比为1%~5%。
进一步地，升温至300 ℃时，开启搅拌装置对废塑料进行搅拌。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的催化剂采用常规的石英砂、白土、氧化钙和沸石粉等催化剂复配得到，白土具有较大的比表面积和孔容，石英砂、氧化钙和沸石粉的加入能进一步增加催化剂的催化活性位点，利于与反应物接触反应，从而利于提高油品收率；同时多种催化剂能协同补偿单一催化的催化活性，提高催化效率。
2、本发明采用复配得到的催化剂直接催化裂解没有经清洗的废塑料来制备燃料油，省去了废塑料的清洗、干燥等前处理工序，降低了废塑料回收利用成本，同时采用少量的复配催化剂就能高效催化裂解废塑料制备燃料油，节省了催化剂用量。
附图说明
图1-实施例1以及对比实施例1~对比实施例5采用的废塑料的照片。
图2-实施例1配制得到的裂解用催化剂的照片。
图3-实施例1得到的油品的照片。
图4-实施例1得到的炭渣的照片。
具体实施方式
一种废塑料催化裂解用催化剂，所述催化剂由质量百分比为3~5%的石英砂、质量百分比为12~18%的白土、质量百分比为76~80%的氧化钙、质量百分比为2~4%的沸石粉组成，上述各组分的质量百分比之和为100%。
优化地，所述催化剂由质量百分比为4%的石英砂、质量百分比为15%的白土、质量百分比为78%的氧化钙、质量百分比为3%的沸石粉组成。
一种燃料油的制备方法，包括以下步骤：
（1）配制催化剂：按前面所述的一种废塑料催化裂解用催化剂称取各组分，然后将各组分混合并搅拌均匀，再放入烘箱烘干以除去催化剂表面结合的水分子，然后取出备用；
（2）催化裂解：将步骤（1）制备得到的催化剂和废塑料加入高压反应釜中，再通入氮气排出高压反应釜内的空气，然后升温至400~450 ℃进行催化裂解，并收集油品，反应结束后，收集到的油品即为燃料油。
具体实施时，所述废塑料直接来源于生活垃圾。
这里所说的直接来源于生活垃圾是直接从生活垃圾中分选出来的，没有经过洗涤、干燥及破碎等工序，采用这样的废塑料来制备燃料油更利于降低回收利用成本，利于工业化应用。
具体实施时，步骤（2）中催化剂和废塑料的质量比为1%~5%。
具体实施时，升温至300℃时，开启搅拌装置对废塑料进行搅拌。
因废塑料为固体，在300℃时，废塑料基本上能够全部熔化为液态状，这时进行搅拌，有利于催化剂和废塑料充分接触，提高催化剂和废塑料的接触面，从而有利于提高催化效率。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
以下实施例及对比实施例采用的实验废塑料：来自重庆某地区生活垃圾中分选的废塑料（PP、PE居多），未经过清洗，含杂质较多，废塑料的照片如图1所示。
实施例1
（1）配制催化剂：称取质量百分比为4%的石英砂、质量百分比为15%的白土、质量百分比为80%的氧化钙和质量百分比为3%的沸石粉，将上述组分混合并搅拌均匀后放入烘箱中以除去催化剂表面结合的水分子，即得到米白色粉末状的催化剂，其照片如图2所示。
（2）将图1中的废塑料和配制得到的催化剂放入高压反应釜内胆，封闭高压反应釜，然后通入氮气3 min以排除釜内的空气，接通电磁搅拌器的循环冷却水和冷凝器的循环水；然后设置裂解温度410 ℃，当反应温度达到300 ℃后开启电磁搅拌器，釜内温度达到410 ℃后，开启冷凝装置收集油品，反应结束后收集得到的所有油品为燃料油。
本实施例得到的燃料油的油品图和炭渣图分别如图3和图4所示，由图3可知，制备得到的燃料油呈红褐且具有较好的流动性；由图4可知，除了废塑料中含有的玻璃杂质不能被裂解，催化裂解得到的炭渣呈粉末状，无结焦情况，表明废塑料裂解充分。
对比实施例1~对比实施例5和实施例1采用的废塑料均是图1中的实验废塑料，只是在进行催化裂解时加入的催化剂不同，对比实施例1未加催化剂，对比实施例2采用的是催化剂石英砂，对比实施例3采用的是催化剂白土，对比实施例4采用的是催化剂氧化钙，对比实施例5采用的是催化剂沸石粉，且实施例1和各对比实施例中催化剂的加入量均为实验废塑料质量的2%，具体实验数据见表1。
表1实施例1和对比实施例1~对比实施例5的实验数据
| 实施例 | 实验废塑料/g | 催化剂/g | 出油率/% | 炭渣/% | 气相/% | 备注 |
| 实施例1 | 37.69 | 0.76 | 55.19 | 16.72 | 28.09 | |
| 对比实施例1 | 36.61 | - | 27.13 | 26.05 | 46.82 | 油品中含部分蜡油 |
| 对比实施例2 | 38 | 0.761 | 40.7 | 27.8 | 31.5 | |
| 对比实施例3 | 39.03 | 0.799 | 44 | 23.43 | 32.57 | |
| 对比实施例4 | 34.96 | 0.7 | 40.67 | 28.13 | 31.2 | |
| 对比实施例5 | 48.34 | 0.97 | 33.88 | 24.25 | 41.87 | 油品上层为红褐色，下层含部分蜡油 |
从表1可以看出，采用本发明配制催化剂催化裂解未经清洗的废塑料，出油率达到55.19%，远高于其他单一组分的催化剂，说明配制得到的催化剂在废塑料裂解过程起到了很好催化作用，并且其催化活性比单一组分的催化剂高，能将废塑料更多的长链烃变成短链烃，得到更多的汽油柴油组分。相对于现有技术，本发明大大减少了催化剂的用量，同时也省去了前处理工序，降低了废塑料回收利用成本。
最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (6)
1.一种废塑料催化裂解用催化剂，其特征在于，所述催化剂由质量百分比为3~5%的石英砂、质量百分比为12~18%的白土、质量百分比为76~80%的氧化钙、质量百分比为2~4%的沸石粉组成，上述各组分的质量百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的一种废塑料催化裂解用催化剂，其特征在于，所述催化剂由质量百分比为4%的石英砂、质量百分比为15%的白土、质量百分比为78%的氧化钙、质量百分比为3%的沸石粉组成。
3.一种燃料油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配制催化剂：按权利要求1所述的一种废塑料催化裂解用催化剂称取各组分，然后将各组分混合并搅拌均匀，再放入烘箱烘干以除去催化剂表面结合的水分子，然后取出备用；
（2）催化裂解：将步骤（1）制备得到的催化剂和废塑料加入高压反应釜中，再通入氮气排出高压反应釜内的空气，然后升温至400~450 ℃进行催化裂解，并收集油品，反应结束后，收集到的油品即为燃料油。
4.根据权利要求3所述的一种燃料油的制备方法，其特征在于，所述废塑料直接来源于生活垃圾。
5.根据权利要求3或4所述的一种燃料油的制备方法，其特征在于，步骤（2）中催化剂和废塑料的质量比为1%~5%。
6.根据权利要求3所述的一种燃料油的制备方法，其特征在于，升温至300 ℃时，开启搅拌装置对废塑料进行搅拌。
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| CN (1) | CN111992242B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114133951A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-04 | 青海天创新能源科技有限公司 | 一种利用催化剂进行废弃塑料解聚制备燃油的方法 |
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| CN1462790A (zh) * | 2003-05-26 | 2003-12-24 | 四川大学 | 用于裂解废塑料以生产燃油的催化剂 |
| CN101284235A (zh) * | 2008-04-28 | 2008-10-15 | 同济大学 | 混合废塑料催化裂解制燃油用的催化剂及其制备方法 |
| CN103252226A (zh) * | 2013-05-10 | 2013-08-21 | 王文平 | 一种用于废塑料微波裂解的催化剂及制备方法 |
| WO2014196924A1 (en) * | 2013-06-04 | 2014-12-11 | Enviro-Power Pte Ltd | System and method for converting plastic/rubber to hydrocarbon fuel by thermo-catalytic process |
| CN104479721A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-01 | 江苏健神生物农化有限公司 | 一种利用废弃塑料制取燃料油的制备工艺 |
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2020
- 2020-09-04 CN CN202010922408.XA patent/CN111992242B/zh active Active
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