CN114591755B - 一种聚乙烯废塑料原位低温无氢液化制油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚乙烯废塑料原位低温无氢液化制油的方法，包括以下方法：S1：在批次式反应器内将聚乙烯废塑料与等质量的Fe‑Pt双金属催化剂直接混合，密封并于常温下用氮气吹扫半小时，随后升温至310‑330℃，保持12‑24h；S2：冷却后将固相及液相产物利用溶剂在常温下萃取2h，随即进行固液分离，分离后所得液体再通过分馏回收溶剂，剩余为液化所得油品；S3：分离后所得固体包含催化剂及少量废塑料残渣，经过低温燃烧可获得再生催化剂，反应后产生气体进入催化剂再生单元一同燃烧处理，本发明兼顾了较低的反应温度与无需氢气的特点，前者可以减少催化剂因高温带来的积炭问题，提高了催化剂使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚乙烯废塑料制油方法，特别涉及一种聚乙烯废塑料原位低温无氢液化制油的方法，属于塑料处理技术领域。
背景技术
废塑料的污染问题是国内乃至国际社会正在面临的重大环境问题，引发了世界各国对废塑料高效回收利用技术的积极研究探索。在废塑料的组成中，聚烯烃的比例最高，其中尤以聚乙烯类废塑料占比最高，大量存在于类似包装物、玩具、管材等日用品中。因此，对聚乙烯废塑料资源化回收的研究也最为广泛。化学回收是聚乙烯废塑料资源化回收的主要方法之一，其中以催化裂解制取油品最为常见，尤其适合大批量快速处理聚烯烃类塑料废弃物。常规的废塑料制油主要采用类似石油催化裂化的方式，利用固体酸催化剂(分子筛、FCC催化剂等)将废塑料裂解为短链产物。
在制油过程中，基于分子筛催化剂而开发的异位裂解方法温度相对较高(一般在450℃以上)，由此带来一些显著的问题，例如催化剂易积炭失活，产物分布广，副产物(例如重油或者甲烷等小分子气体)较多。因此，近些年对于低温裂解废塑料制油的研究逐渐增多。该方法一般选择贵金属作为催化剂，通过原位裂解的方式将废塑料转化为油品。此类方法反应温度较低(一般在350℃以下)，但需要一定压力的氢气(1.2-5MPa)，因此也叫加氢裂解。由于氢气的使用使得废塑料加氢裂解制油过程的设备条件相对复杂并且存在一定的安全风险。因此，开发一种可以在低温无氢条件下将聚乙烯废塑料高效裂解液化为燃油的方法，对于废塑料的资源化回收应用来说，具有十分重要的实际意义，但当前暂无明确的方法报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚乙烯废塑料原位低温无氢液化制油的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚乙烯废塑料原位低温无氢液化制油的方法，包括以下方法：
S1：在批次式反应器内将聚乙烯废塑料与等质量的Fe-Pt双金属催化剂直接混合，密封并于常温下用氮气吹扫半小时，随后升温至310-330℃，保持12-24h；
S2：冷却后将固相及液相产物利用溶剂在常温下萃取2h，随即进行固液分离，分离后所得液体再通过分馏回收溶剂，剩余为液化所得油品；
S3：分离后所得固体包含催化剂及少量废塑料残渣，经过低温燃烧可获得再生催化剂，反应后产生气体进入催化剂再生单元一同燃烧处理。
作为本发明的一种优选技术方案，Fe-Pt双金属催化剂为Al2O3负载结构，具体组成如下：载体使用比表面积为150、酸性约在1.1mmol/g-NH3的Al2O3载体，负载的活性金属形态包括Fe2O3和PtOx(x＝2-4)，催化剂上Fe与Pt的含量在0.2％-0.8％。
作为本发明的一种优选技术方案，反应温度在310-330℃，反应时间在12-24h，反应过程无需氢气。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤S3中，反应后产物分离及循环过程，其中液态产物经分馏得到组成主要为直链烷烃的高品质塑料液化油以及分离回收的溶剂；固态产物经低温燃烧获得再生催化剂；气态产物进入催化剂再生单元一同低温燃烧处理。
作为本发明的一种优选技术方案，萃取溶剂可为正构烷烃溶剂、芳构烷烃溶剂和极性溶剂的一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明一种聚乙烯废塑料原位低温无氢液化制油的方法，兼顾了较低的反应温度与无需氢气的特点，前者可以减少催化剂因高温带来的积炭问题，提高了催化剂使用寿命；后者可以降低系统复杂性，并提高了运行安全性；可产出直链烷烃含量高，符合汽油、航空燃料、柴油、润滑油标准的多组分油品，催化剂上Pt和Fe含量低，降低了催化剂使用成本，催化剂及萃取使用的溶剂均可循环使用，提高了原料利用率，降低使用成本。
附图说明
图1为本发明种聚乙烯废塑料原位低温无氢液化制油的方法的流程示意图；
图2为本发明的聚乙烯废塑料原位低温无氢液化制油实施例的反应结果表格示意图。
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。
请参阅图1-2，本发明提供了一种聚乙烯废塑料原位低温无氢液化制油的方法的技术方案：
具体步骤如下：在批次式反应器内将聚乙烯废塑料与等质量的Fe-Pt双金属催化剂直接混合，密封并于常温下用氮气吹扫半小时，随后升温至310-330℃，保持12-24h，冷却后将固相及液相产物利用溶剂在常温下萃取2h，随即进行固液分离，萃取溶剂可用正构烷烃(如正己烷、正辛烷等)、芳构烷烃(如甲苯、二甲苯等)或者其他极性溶剂(如二氯甲烷、氯仿、石油醚等)，分离后所得液体再通过分馏回收溶剂，剩余为液化所得油品。分离后所得固体包含催化剂及少量废塑料残渣，经过低温燃烧可获得再生催化剂，反应后产生气体进入催化剂再生单元一同燃烧处理。
本发明中提出的Fe-Pt双金属催化剂，具体组成如下：载体使用比表面积为150左右、酸性约在1.1mmol/g-NH3的Al2O3载体，负载的活性金属形态包括Fe2O3和PtOx(x＝2-4)，催化剂上Fe与Pt的含量在0.2％-0.8％。
实施例1
将1g粒径在3-4mm的聚乙烯废塑料颗粒与1g由Al2O3负载的Fe-Pt(Pt含量0.8％，Fe含量0.2％)双金属催化剂混合均匀后，置于密封的反应釜中，通入氮气10分钟排出釜内空气，随后密封；将密封的反应釜置于加热炉中，从室温开始加热，约1h后反应温度到达指定温度(330℃)后开始计时，反应24h后停止加热。将反应釜移出加热器，在空气中自然冷却至室温，打开放气阀收集烃类气体，打开反应釜中并向釜中加入10ml溶剂(可用正构烷烃、芳构烷烃或者其他常规极性溶剂)，移出反应釜静置萃取2h，利用抽滤进行固液分离。滤纸上固体为催化剂及塑料残渣混合物，滤液为反应油及溶剂混合物。分别对固态残渣及液态产物进一步进行分离。液态产物通过旋转蒸发分馏的方式回收溶剂，并循环至萃取单元循环利用。分馏留下的液体为塑料低温无氢液化得到的油品。固态残渣通过低温燃烧的方式，将其中的塑料残渣除去，留下再生后的Fe-Pt催化剂可重新与聚乙烯废塑料颗粒混合加以循环利用。低温燃烧的过程中可通入收集的烃类气体，不仅去除了气态烃类有机污染物，同时起到助燃作用。对反应得到的油品及气体用气相色谱进行组成分析可得，以废塑料颗粒质量计，油品中的汽油组分(C7-C12)含量为：29.0％；航空燃油(C8-C16)组分含量为：52.1％；柴油组分(C9-C22)含量为：55.2％；气态烃类中C2气体含量为8.7％，C3气体含量为9.5；C4气体含量为8.0％。
实施例2
将1g粒径在3-4mm的聚乙烯废塑料颗粒与1g由Al2O3负载的Fe-Pt(Pt含量0.8％，Fe含量0.8％)双金属催化剂混合均匀后，置于密封的反应釜中，通入氮气10分钟排出釜内空气，随后密封。将密封的反应釜置于加热炉中，从室温开始加热，约1h后反应温度到达指定温度(330℃)后开始计时，反应24h后停止加热。将反应釜移出加热器，在空气中自然冷却至室温。其余关于气液相产物收集、计量、分离、回收以及组成分布步骤，与实施例1中一致。
实施例3
将1g粒径在3-4mm的聚乙烯废塑料颗粒与1g由Al2O3负载的纯Pt基(Pt含量0.8％)催化剂混合均匀后，置于密封的反应釜中，通入氮气10分钟排出釜内空气，随后密封。将密封的反应釜置于加热炉中，从室温开始加热，约1h后反应温度到达指定温度(330℃)后开始计时，反应24h后停止加热。将反应釜移出加热器，在空气中自然冷却至室温。其余关于气液相产物收集、计量、分离、回收以及组成分布步骤，与实施例1中一致。
实施例4
将1g粒径在3-4mm的聚乙烯废塑料颗粒与1g由Al2O3负载的Fe-Pt(Pt含量0.8％，Fe含量0.8％)双金属催化剂混合均匀后，置于密封的反应釜中，通入氮气10分钟排出釜内空气，随后密封。将密封的反应釜置于加热炉中，从室温开始加热，约56min后反应温度到达指定温度(310℃)后开始计时，反应24h后停止加热。将反应釜移出加热器，在空气中自然冷却至室温。其余关于气液相产物收集、计量、分离、回收以及组成分布步骤，与实施例1中一致。
实施例5
将1g粒径在3-4mm的聚乙烯废塑料颗粒与1g由Al2O3负载的Fe-Pt(Pt含量0.8％，Fe含量0.8％)双金属催化剂混合均匀后，置于密封的反应釜中，通入氮气10分钟排出釜内空气，随后密封。将密封的反应釜置于加热炉中，从室温开始加热，约1h后反应温度到达指定温度(330℃)后开始计时，反应12h后停止加热。将反应釜移出加热器，在空气中自然冷却至室温。其余关于气液相产物收集、计量、分离、回收以及组成分布步骤，与实施例1中一致。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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。
Claims (3)
1.一种聚乙烯废塑料原位低温无氢液化制油的方法，其特征在于，包括以下方法：S1：在批次式反应器内将聚乙烯废塑料与等质量的 Fe-Pt 双金属催化剂直接混合，密封并于常温下用氮气吹扫半小时，随后升温至 310-330℃，保持 12-24h；反应过程无需氢气；S2：冷却后将固相及液相产物利用溶剂在常温下萃取 2 h，随即进行固液分离，分离后所得液体再通过分馏回收溶剂，剩余为液化所得油品；S3：分离后所得固体包含催化剂及少量废塑料残渣，经过低温燃烧可获得再生催化剂，反应后产生气体进入催化剂再生单元一同燃烧处理；其中：Fe-Pt 双金属催化剂为 Al2O3 负载结构，具体组成如下：载体使用比表面积为150、酸性在 1.1 mmol/g-NH3 的 Al2O3 载体，负载的活性金属形态包括 Fe2O3 和 PtO2 ，催化剂上 Fe 与 Pt 的质量含量均为 0.8%。
2.根据权利要求 1 所述的一种聚乙烯废塑料原位低温无氢液化制油的方法，其特征在于：反应后产物分离及循环过程，其中液态产物经分馏得到组成主要为直链烷烃的高品质塑料液化油以及分离回收的溶剂；固态产物经低温燃烧获得再生催化剂；反应后产生的气体进入催化剂再生单元一同低温燃烧处理。
3.根据权利要求 1 所述的一种聚乙烯废塑料原位低温无氢液化制油的方法，其特征在于：所述萃取采用正构烷烃溶剂、芳构烷烃溶剂和极性溶剂的一种。
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