CN116120960A - 由废塑料制备液态烃的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种由废塑料制备液态烃的方法，其包括以下步骤：S1：混合废塑料和热解催化剂，得到第一混合物；S2：使所述第一混合物进行多级热解反应，得到第一混合油气组分和第一固态产物；S3：分离所述第一混合油气组分和第一固态产物；S4：对所述第一混合油气组分进行催化重组，得到第二混合油气组分；S5：对所述第二混合油气组分进行分馏精制，得到气态烃和液态烃。本申请还涉及一种由废塑料制备液态烃的系统。本申请解决了废塑料化学循环的工艺难题，使其催化转化反应生成更多的工业原材料，解决了市场对废塑料进行焚烧污染环境的问题，并提升了废塑料裂化催化剂利用价值，为石化行业带来了较大的经济效益和社会效益。

Description

由废塑料制备液态烃的系统和方法

技术领域

本申请涉及垃圾处理及废塑料化学回收技术领域，具体涉及一种由废塑料制备液态烃的系统和方法。

背景技术

我国塑料市场需求量逐年增大，每年约产生4000万吨废弃塑料，其回收再利用率低。目前，废塑料处理手段逐渐由填埋、焚烧转向以物理回收、化学回收等为主的资源化利用。

但是，因为废塑料的组成和来源复杂，废塑料在热解过程中会严重腐蚀设备，环境污染大；且塑料热解油的产率波动大、性质不稳定，油品中的小分子有机氯和有机硅等杂质含量高达石油产品的数千倍。因此，塑料油尚无法直接作为石化产品使用，还需进行深加工。

为此，本领域需要一种由废塑料制备液态烃的系统和方法。

发明内容

本申请之目的在于提供一种由废塑料制备液态烃的方法。具体来说，本文所述的方法包括使废塑料进行多级热解，得到第一混合油气组分，然后对第一混合油气组分进行催化重组，得到第二混合油气组分，分馏精制后得到C1-C4的气体烃以及C5以上的液态烃。优选地，可将C1-C4的气体烃进行叠合反应，得到额外的C5以上液态烃，从而使液态烃的收率最大化。

本申请之目的还在于可以提供一种由废塑料制备液态烃的系统。

为了解决上述技术问题，本申请提供下述技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种由废塑料制备液态烃的方法，其包括以下步骤：

S1：混合废塑料和热解催化剂，得到第一混合物；

S2：使所述第一混合物进行多级热解反应，得到第一混合油气组分和第一固态产物；

S3：分离所述第一混合油气组分和第一固态产物；

S4：对所述第一混合油气组分进行催化重组，得到第二混合油气组分；

S5：对所述第二混合油气组分进行分馏精制，得到碳原子数小于或等于4的气态烃和第一部分的液态烃，该第一部分的液态烃的碳原子数大于或等于5。

在第二方面中，本申请提供一种由废塑料制备液态烃的系统，其包括：混合装置，用于混合废塑料和热解催化剂，得到第一混合物；第一反应装置，用于使所述第一混合物进行热解，得到第一混合油气组分和第一固态产物；第一分离装置，用于分离所述第一混合油气组分和第一固态产物；第二反应装置，用于使所述第一混合油气组分进行催化重组，得到第二混合油气组分；第二分离装置，用于对所述第二混合油气组分进行分馏精制，得到碳原子数小于或等于4的气态烃和第一部分的液态烃，该第一部分的液态烃的碳原子数大于或等于5。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于通过多级热解反应，能将废塑料高效地转化为油气组分，在进行催化重组反应之后，可以获得气态烃和液态烃。进一步地，通过使气态烃进行叠合反应，得到额外的液态烃，从而可最大化液态烃的收率。本申请解决了废塑料化学循环的工艺难题，使其催化转化反应生成更多的工业原材料，解决了市场对废塑料进行焚烧污染环境的问题，并提升了废塑料裂化催化剂利用价值，为石化行业带来了较大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1显示根据一种实施方式的由废塑料制备轻质低烯烃塑料热解油的系统。

在附图中，各附图标记含义如下：

1、混合装置；2、第一反应装置；21、一级热解装置；22、二级热解装置；23、三级热解装置；3、第一分离装置；4、第二反应装置；5、第二分离装置；6、第三反应装置。

具体实施方式

在适用的情况下，本申请中涉及的任何专利、专利申请或公开的内容全部结合于此作为参考，且其等价的同族专利也引入作为参考，特别这些文献所披露的关于本领域中的催化剂、废塑料、裂解等的定义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。

术语“包含”，“包括”，“具有”以及它们的派生词不排除任何其它的组分、步骤或过程的存在，且与这些其它的组分、步骤或过程是否在本申请中披露无关。为消除任何疑问，除非明确说明，否则本申请中所有使用术语“包含”，“包括”，或“具有”的组合物可以包含任何附加的添加剂、辅料或化合物。相反，除了对操作性能所必要的那些，术语“基本上由……组成”将任何其他组分、步骤或过程排除在任何该术语下文叙述的范围之外。术语“由……组成”不包括未具体描述或列出的任何组分、步骤或过程。除非明确说明，否则术语“或”指列出的单独成员或其任何组合。

术语定义

在本文中，术语“塑料热解油”指废塑料经热裂解或催化裂解生成的液相产物(常温常压下)。

在第一方面中，本申请涉及一种由废塑料制备液态烃的方法。在一种具体实施方式中，本文所述的方法可包括以下步骤：S1：混合废塑料和热解催化剂，得到第一混合物；S2：使所述第一混合物进行多级热解反应，得到第一混合油气组分和第一固态产物；S3：分离所述第一混合油气组分和第一固态产物；S4：对所述第一混合油气组分进行催化重组，得到第二混合油气组分；S5：对所述第二混合油气组分进行分馏精制，得到碳原子数小于或等于4的气态烃和第一部分的液态烃，该第一部分的液态烃的碳原子数大于或等于5。在本文中，液体烃可以进一步分馏成不同轻重的组分，或者不分馏形成混合的液体烃直接作为产品使用。

接下来，将结合附图1详细描述各个具体步骤。

在一种具体实施方式中，参考图1，可在混合装置1中实施混合废塑料和热解催化剂的步骤S1。在一种实施方式中，可以在不加热的情况下混合废塑料和热解催化剂，得到第一混合物，此时废塑料仍然保持固体状态。在另一种实施方式中，则可在加热条件下混合废塑料和热解催化剂，使塑料融化，然后再通过出料装置输送到第一反应装置2中。在一种实施方式中，在步骤S1中，在混合废塑料和热解催化剂之前，可对废塑料进行预处理，使预处理之后的废塑料尺寸范围在0.1～20cm左右。废塑料可包含PP、PE、PET、PVC、PS、尼龙等多种组分。废塑料和热解催化剂的混合也可以利用其它本领域已知的设备来技术来实施。第一混合物可通过出料单元输送至下游的第一反应器2。在一种具体实施方式中，出料单元可为熔融挤料机或者挤压摩擦机。

在一种实施方式中，可通过第一反应装置2来实施步骤S2，从而得到第一混合油气组分和第一固态产物。第一固态产物可为焦炭。在一种具体实施方式中，在所述步骤S2中，所述使所述第一混合物进行多级热解反应包括使所述第一混合物依次进行两级热解反应，其中第一级热解反应的温度为350-450℃，第二级热解反应的温度为450-550℃。在一种具体实施方式中，在所述步骤S2中，所述使所述第一混合物进行多级热解反应包括使所述第一混合物依次进行三级热解反应，其中第一级热解反应的温度为350-400℃，第二级热解反应的温度为400-450℃，第三级热解反应的温度为450-550℃。需要说明地是，为了进一步提高废塑料的热解效率，可以使第一混合物进行四级或者四级以上的热解反应，且后进行的热解反应的温度高于先进行的热解反应的温度。

在一种优选的实施方式中，参考图1,使所述第一混合物进行多级热解反应包括使所述第一混合物依次在一级热解装置21、二级热解装置22和三级热解装置23中进行三级热解反应。一级热解装置21、二级热解装置22和三级热解装置23的温度是逐渐升高，可采用电加热、熔盐外部加热、蒸气加热或者惰性油加热的方法进行加热。在一种具体实施方式中，可通过使熔盐在热解装置外周的夹套循环流动来对第一反应器2加热。在这种情况下，熔盐进口可设置在三级热解装置23外周，熔盐出口可设置在一级热解装置21外周，使熔盐依次在三级热解装置23、二级热解装置22和以及热解装置21的外周流动。在一种优选的实施方式中，还可使用电加热装置对三级热解装置23进行加热，提供更高的反应温度，使得三级热解装置23中的反应进行得更彻底。一级热解装置21、二级热解装置22和三级热解装置23中形成的油气组分全部输送至第一分离装置3，得到第一混合油气组分。焦炭则可通过三级热解装置23排出系统。需要说明地是，一级热解装置21、二级热解装置22和三级热解装置23中形成的油气组分在输送过程中会夹杂一些焦炭，因此在后续步骤中需要分离第一混合油气组分和焦炭。

在一种实施方式中，可在第一分离装置3中实施步骤S3。在一种具体实施方式中，第一分离装置3可为一个容器，第一混合油气组分和第一固态产物可在容器中冷却。随后，从第一分离装置3顶部抽查第一混合油气组分，从第一分离装置3底部分离出第一固态产物。从第一分离装置3分离的第一固态产物即焦炭可与通过三级热解装置23排出的焦炭汇合后一起输送至下游的收集装置或者处理装置。

在一种实施方式中，可在第二反应装置4中实施步骤S4。步骤S4包括对所述第一混合油气组分进行催化重组，得到第二混合油气组分。在一种具体实施方式中，在步骤S4中，对所述第一混合油气组分进行催化重组包括使所述第一混合油气组分中的烯烃和二烯烃进行重组生成烷烃和芳烃，和/或，使短链烯烃叠合成长链烯烃。步骤S4的主要目的是提高液态烃的收率。

在一种实施方式中，可在第二分离装置5中实施步骤S5。具体来说，可使第二混合油气组分在第二分离装置5中进行冷却，得到碳原子数小于或等于4的气态烃和第一部分的液态烃，该第一部分的液态烃的碳原子数大于或等于5。在一种优选的实施方式中，第二分离装置5的温度为30-50℃。在这个温度下，C1-C4烃保持气态，而C5以上的烃变为液态。

优选地，本文所述的方法还包括以下步骤：S7：在所述步骤S3之后且在所述步骤S4之前，对第一混合油气组分进行除尘和除杂。在一种具体实施方式中，所述步骤S7和所述步骤S4在同一个装置中进行。换句话说，用于对第一混合油气组分进行除尘和除杂的除尘和除杂装置(图中未示出)与第二反应装置4可为一体化的装置。

在本文中，第一混合油气组分中的杂质可包括S、N、Si、卤素、铵盐等。可通过使用吸附剂、脱氯剂、除盐水去除其中的无机杂质，通过加氢或吸附去除有机杂质。

在另一种实施方式中，为了进一步提高液态烃的收率，本文所述的方法还可包括：S6：使气态烃进行叠合反应，得到第二部分的液态烃，该第二部分的液态烃的碳原子数大于或等于5。具体来说，参考图1，从第二分离装置5分离得到的气态烃可进入第三反应装置6进行叠合反应，得到额外的液态烃，最大化液态烃的收率。在一种具体实施方式中，第三反应装置6形成的第二部分的液态烃可与第二分离装置5中分离得到的第一部分的液态烃混合，随后再输送至下游的收集装置或者处理装置。

在第二方面中，本申请提供一种由废塑料制备液态烃的系统，其包括依次连通的混合装置1、第一反应装置2、第一分离装置3、第二反应装置4以及第二分离装置5。混合装置1用于混合废塑料和热解催化剂，得到第一混合物。第一反应装置2用于使所述第一混合物进行热解，得到第一混合油气组分和第一固态产物。第一分离装置3用于分离所述第一混合油气组分和第一固态产物。第二反应装置4用于使所述第一混合油气组分进行催化重组，得到第二混合油气组分。第二分离装置用于对所述第二混合油气组分进行分馏精制，得到碳原子数小于或等于4的气态烃和第一部分的液态烃，该第一部分的液态烃的碳原子数大于或等于5。在一种具体实施方式中，第二反应装置2可包括多级热解装置。例如，第二分离装置2可包括一级热解装置21、二级热解装置22和三级热解装置23。

在一种实施方式中，本文所述的系统还包括除尘和除杂装置，用于对所述第一混合油气组分进行除尘和除杂。该除尘和除杂装置设置在第一分离装置3下游，且设置在所述第二反应装置4上游。在一种具体实施方式中，除尘和除杂装置和所述第二反应装置4为一体化装置。

在其他实施方式中，本文所述的系统还包括第三反应装置6，第三反应装置6用于使气态烃进行叠合反应，得到第二部分的液态烃，该第二部分的液态烃的碳原子数大于或等于5。

图1显示了本文所述的由废塑料制备液态烃的系统的具体实施方式，下面将结合附图1详细描述由废塑料制备液态烃的系统的一种具体工作方法。参考图1，首先，可通过废塑料进料管道101和热解催化剂进管道102分别将废塑料和热解催化剂添加至混合装置1。在加热或者未加热的条件下，在混合装置1中混合废塑料和热解催化剂，得到第一混合物。随后，通过混合装置输出管道103将第一混合物输送至一级热解装置21，第一混合物在一级热解装置21中进行催化热解反应，形成的第一部分油气通过第一输出管道201输送至第一分离装置3，形成的固体产物及未反应的废塑料则通过第二输出管道202输送至二级热解装置22。未反应的废塑料在二级热解装置22中在更高温度下继续反应，形成的第二部分油气通过第三输出管道203输送至第一分离装置3，形成的固体产物及未反应的废塑料则通过第四输出管道204输送至三级热解装置23。未反应的废塑料在三级热解装置23中在更高温度下继续反应，形成的第三部分油气通过第五输出管道205输送至第一分离装置3，形成的固体产物及未反应的废塑料则通过第六输出管道206排出系统。

第二反应装置2的各热解装置形成的油气混合之后得到第一混合油气组分，它们可在第一分离装置3中进行分离，得到的气态油气组分可经过除尘和除杂之后可通过第一混合油气组分输出管道301输送至第二反应装置4。在第一分离装置3中分离得到的焦炭则可通过第一固态产物输出管道302排出系统。

第一混合油气组分在第二反应装置4中进行催化重组反应，得到第二混合油气组分，通过第二混合油气组分输出管道401输送至第二分离装置5。第二混合油气组分在第二分离装置中进行分离，得到气态烃和第一部分的液态烃。气态烃可通过气态烃输出管道501输送至下游的加工装置或者收集装置。液态烃可通过第一液态烃输出管道502输送至下游的加工装置或者收集装置。

在一种优选的实施方式中，气态烃可输送至第三反应装置6，并在其中进行叠合反应，得到第二部分的液态烃。第二部分的液态烃可通过第二液态烃输出管道601输送至下游的加工装置或者收集装置。在一种具体实施方式中，第一液态烃输出管道502可与第二液态烃输出管道601先汇合，再输送至下游的加工装置或者收集装置。

实施例

下面将结合本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。如无特别说明，所用的试剂和原材料都可通过商业途径购买。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1-5

实施例1-5涉及使用废塑料来制备液态烃。

实施例1-5的具体步骤如下所述。

向混合装置1中加入废塑料和热解催化剂，混合之后得到第一混合物。然后，将第一混合物依次输送至一级热解装置21、二级热解装置22以及三级热解装置23，从三级热解装置23收集形成的焦炭，在三个热解装置中形成的油气则全部输送至第一分离装置3，得到第一混合油气组分。将第一混合油气组分和焦炭分离之后，对第一混合油气组分进行除尘和除杂，随后输送至第二分离装置4进行催化重组反应，得到第二混合油气组分。第二混合油气组分输送至第二分离装置5，冷却后分离得到气态烃和液态烃。得到的气态烃进一步输送至第三反应器进行叠合反应，得到额外的液态烃。

实施例1-5添加的废塑料原料组分如表1所示。

表1实施例1-5添加的废塑料组分及含量

本实施例的各设备的反应条件如表2所示。

表2各设备的反应温度及压力

	温度/℃	压力/MPa
			混合装置	常温	常压
第一反应装置	350-550	0-0.1
			第一分离装置	450-550	0-0.1
第二反应装置	400±10	0-0.1
			第二分离装置	400±10	0-0.1
第三反应装置	50-550	0-0.1

本实施例的产物种类和收率如表3所示。

表3产物种类及收率((w/w)％)

实施例编号	C1-C4气态烃	第一部分的液态烃	第二部分的液态烃	焦炭
					实施例1	5	82	7	6
实施例2	3	85	8	4
					实施例3	6	81	5	8
实施例4	4	89	4	3
					实施例5	8	83	5	4

在表3中，收率指各产物占总产物的质量分数。从表3可知，废塑料中PP、PE、PS的含量越高，产物中液态产品收率也越高，相对应的PS含量越高，气态产品收率也越高，PET含量对焦炭的产率也成正比例关系。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims (11)

1.一种由废塑料制备液态烃的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：混合废塑料和热解催化剂，得到第一混合物；

S2：使所述第一混合物进行多级热解反应，得到第一混合油气组分和第一固态产物；

S3：分离所述第一混合油气组分和第一固态产物；

S4：对所述第一混合油气组分进行催化重组，得到第二混合油气组分；

S5：对所述第二混合油气组分进行分馏精制，得到碳原子数小于或等于4的气态烃和第一部分的液态烃，该第一部分的液态烃的碳原子数大于或等于5。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

S6：使所述气态烃进行叠合反应，得到第二部分的液态烃，该第二部分的液态烃的碳原子数大于或等于5。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

S7：在所述步骤S3之后且在所述步骤S4之前，对所述第一混合油气组分进行除尘和除杂，优选地，所述步骤S7和所述步骤S4在同一个装置中进行。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述混合废塑料和热解催化剂包括在加热条件下混合废塑料和热解催化剂，使所述废塑料进行融化。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述使所述第一混合物进行多级热解反应包括使所述第一混合物依次进行两级热解反应，其中第一级热解反应的温度为350-450℃，第二级热解反应的温度为450-550℃。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述使所述第一混合物进行多级热解反应包括使所述第一混合物依次进行三级热解反应，其中第一级热解反应的温度为350-400℃，第二级热解反应的温度为400-450℃，第三级热解反应的温度为450-550℃。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，对所述第一混合油气组分进行催化重组包括使所述第一混合油气组分中的烯烃和二烯烃进行重组生成烷烃和芳烃，和/或，使短链烯烃叠合成长链烯烃。

8.一种由废塑料制备液态烃的系统，其特征在于，所述系统包括：

混合装置，用于混合废塑料和热解催化剂，得到第一混合物；

第一反应装置，用于使所述第一混合物进行热解，得到第一混合油气组分和第一固态产物；

第一分离装置，用于分离所述第一混合油气组分和第一固态产物；

第二反应装置，用于使所述第一混合油气组分进行催化重组，得到第二混合油气组分；

第二分离装置，用于对所述第二混合油气组分进行分馏精制，得到碳原子数小于或等于4的气态烃和第一部分的液态烃，该第一部分的液态烃的碳原子数大于或等于5。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

除尘和除杂装置，用于对所述第一混合油气组分进行除尘和除杂，且该除尘和除杂装置设置在所述第一分离装置下游，且设置在所述第二反应装置上游。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述除尘和除杂装置和所述第二反应装置为一体化装置。

11.如权利要求8-10中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第三反应装置，用于使所述气态烃进行叠合反应，得到第二部分的液态烃，该第二部分的液态烃的碳原子数大于或等于5。

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