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废塑料催化裂解制取燃料油的研究进展
来源:环境污染与防治更新时间:08-12-25 11:32 作者: 陈鸿伟
摘要:介绍了废塑料催化裂解制取燃料油的基本方法,阐述了废塑料催化裂解的催化剂及催化原理,探讨了废塑料热裂解—催化改质机制,并指出废塑料催化裂解制取燃料油技术是解决废塑料回收的有效手段。
随着现代科学技术特别是化学技术的发展,塑料制品与人们的日常生活密不可分,但随之而来的是每年产生的数千万吨的塑料垃圾。这些废塑料大多难以自然降解,严重污染环境。如何正确处理并有效利用这些废塑料已引起人们的广泛重视。采用廉价且有效的催化剂催化裂解废塑料制取燃料油,不仅可以消除环境污染,而且可以实现废弃物的资源化利用,获得宝贵的资源,既有较大的环境效益、社会效益,又有相当的经济效益。
1 废塑料催化裂解制取燃料油技术的概述
废塑料经过热裂解后所得到的液体燃料是沸点范围较宽的烃类物质,其中汽油馏分和柴油馏分不高,但是重油馏分较高,而且汽油馏分和柴油馏分的品质不高。采用催化剂催化重整的方法可以增加轻质组分、减少重质组分,同时可以提高汽油辛烷值,最终达到提高燃料油品质的目的。
目前,使用催化剂改善油品品质主要有两种方法:一种是将催化剂置于裂解反应器中直接进行催化改质,即一段法;另一种是将热裂解产生的气体导入到催化反应器中进行催化改质,以使产物的碳数分布明显轻质化,并集中于汽油和柴油馏分内,即二段法
[1]。
一段法[2]以催化裂解为主,反应速度快,油品中异构化、芳构化产物较热裂解多,工艺较为简单,投资较少。但是反应过程中有大量焦炭沉积于催化剂表面,使催化剂失活,因此催化剂的再生与剩余催化剂的回收都较为困难。二段法可克服热裂解制得汽油和柴油品质不高的缺点,操作灵活,运行费用低,催化剂用量少,而且可以多次使用。所以二段法被认为是一种较为理想的处理废塑料的方法。
热解—催化改质法是成本较低、所得油品的质量较高的废塑料油化工艺技术。要提高油品的收率和汽油的品味,关键在于开发高性能的改质催化剂。目前,国内已有十几套废塑料回收生产装置,但多由于种种原因不能正常生产,其中缺少对核心技术—催化剂的实验理论基础研究是其重要原因。
2 废塑料催化裂解的催化剂及催化原理
催化剂的种类
目前,国内外常用的废塑料催化剂[3]大致可为金属类、金属氧化物类、金属氧化物-稀土类、分子筛类、沸石矿物类、活性炭催化剂等。
常使用Ni、Cu、A1等5种金属混合物[4]或采用铜粉作为废塑料催化裂解的催化剂。一些金属氧化物,如硅铝微球、Al2O3、CuO、MgO、ZnO、TiO2、Fe2O3、氧化铈、Co-Mo氧化物等也常被用来作废塑料裂解的催化剂。还有大量废弃物,如粉煤灰、炉渣、电石渣等,它们都是金属或者非金属氧化物的混合物,它们对于废塑料的催化裂解有很好的效果。
HY、Ni-REY、NZSM-5等分子筛常用于废塑料催化裂解和催化改质的研究,硫酸铝、硅酸铝、酸性白土、高岭土、铝土矿等沸石矿物也常用来做塑料裂解的催化剂。
薛福连采用小径木干馏出的具有一定形状具有较高吸附性能的活性炭[5],其孔隙结构十分发达,比表面积大,而且在500~600 ℃的高温下有足够的耐热性,同时耐酸碱性又很好,用作废塑料裂解催化剂载体是十分合适的,并广泛应用于石油化工各