塑料廢棄物的熱解聚方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于塑料廢棄物(10)生產(chǎn)液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)的方法，包括下述步驟：提供(S101)熔融形式的塑料廢棄物(10)；使用石灰石催化劑(20)在1Bar的正常大氣壓力條件下，在420℃到450℃的溫度范圍內(nèi)解聚(S103)進(jìn)入反應(yīng)室的熔融塑料廢棄物(10)；和引導(dǎo)(S106)氣態(tài)解聚產(chǎn)物(25)進(jìn)入蒸餾單元使氣態(tài)解聚產(chǎn)物(25)分餾和冷凝成液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)。
【專利說(shuō)明】塑料廢棄物的熱解聚方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及廢棄塑料物的催化熱解聚方法，尤其涉及使用固體催化劑在低溫下將塑料廢棄物轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的液態(tài)燃料并且不影響其產(chǎn)量。
【背景技術(shù)】
[0002]在大多數(shù)傳統(tǒng)的廢棄塑料處理方法中，塑料廢棄物一般采用焚燒，掩埋或填埋，對(duì)由此帶來(lái)的環(huán)境和健康問(wèn)題的逐步認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)當(dāng)代的科學(xué)家和發(fā)明家研究出對(duì)環(huán)境更友好的廢棄物管理處理方案一裂解和解聚塑料廢棄物。[0003]與當(dāng)前的廢棄塑料處理方法不同，裂解和解聚方法能夠從廢棄塑料中成功地回收特定的資源、原油和/或天然氣。因此，這樣的廢棄物處理方法能夠使得廢棄塑料重新利用而不是在自然界中降解，在自然界降解依舊沒(méi)有解決塑料填埋處理導(dǎo)致其數(shù)量越來(lái)越多的問(wèn)題。
[0004]與廢棄塑料熱解相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)包括美國(guó)專利US2003047437(A1)，其公開(kāi)了一種兩階段的熱解方法，將破碎的廢棄塑料在300-600°C之間通過(guò)流化床熱循環(huán)顆粒狀惰性載熱體引入惰性氣體從而初步熔化和熱解成烴油。在接下來(lái)的步驟中，未轉(zhuǎn)化的廢棄塑料、載熱體、引入的惰性氣體從熱解產(chǎn)物中分離并進(jìn)入流化床完成熱解。第一步和第二步的熱解產(chǎn)物進(jìn)行分級(jí)分離并冷凝成液態(tài)運(yùn)輸燃料。
[0005]這樣的廢棄塑料熱解方法，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣，成功地減輕了在流化床工藝中通常觀察到的限制，例如熱解產(chǎn)物的逆向混合、流化床的不均勻，更重要的是有價(jià)值的芳香烴類和高分子烴類的低產(chǎn)量。然而，由于該方法是一個(gè)多步驟過(guò)程，需要在高溫高壓條件下完全分解廢棄塑料轉(zhuǎn)化成烴油，因此這種技術(shù)相當(dāng)昂貴。此外，還需要額外的步驟，例如通過(guò)在600到900°C燃燒去除沉積在流化床中的焦炭，這導(dǎo)致了高昂的維護(hù)成本。
[0006]因此，與高溫分解方法相比，在溫和的溫度條件下進(jìn)行的催化熱解聚廢棄塑料以獲得其原始單體的方法在本領(lǐng)域是更優(yōu)選的。美國(guó)專利申請(qǐng)5369215即公開(kāi)了這樣的熱催化解聚方法。在該文獻(xiàn)中，在解聚來(lái)自廢舊輪胎和橡膠的廢棄塑料的工藝中使用金屬鹽催化劑，這些廢舊輪胎和橡膠優(yōu)選是在高溫和低壓的條件下已經(jīng)暴露于臭氧。盡管臭氧化的聚合物易受熱從而使廢塑料能在相當(dāng)?shù)偷臏囟认峦耆纸?，但臭氧氣體的有害作用不應(yīng)被忽視。
[0007]因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種環(huán)境上可接受的和經(jīng)濟(jì)上可行的塑料廢棄物的熱解聚方法以克服上述傳統(tǒng)塑料廢棄物處理方法的局限性。
[0008]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種新的催化劑，能夠在相當(dāng)?shù)偷臏囟认拢绕涫窃诘陀?60°C的條件下進(jìn)行塑料解聚并且不影響產(chǎn)量。
[0009]本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供一種熱解聚方法，能夠從塑料廢棄物中回收高品質(zhì)的液態(tài)運(yùn)輸燃料同時(shí)不形成副產(chǎn)物，尤其是含碳物質(zhì)或焦炭。
[0010]發(fā)明概述
[0011]一方面，本發(fā)明提供了一種熱解聚方法，通過(guò)使用石灰石催化劑催化增強(qiáng)廢棄塑料到其單體成分的分解，又可容易地在正常氣壓、低于460°C地條件下轉(zhuǎn)換成液態(tài)運(yùn)輸燃料。
[0012]所述的熱解聚方法優(yōu)選包括如下步驟:提供熔融形式的廢棄塑料；在IBar的正常氣壓條件和420°C _450°C的溫度范圍內(nèi)使用石灰石催化劑解聚進(jìn)入反應(yīng)室的熔融廢棄塑料；將氣態(tài)的解聚產(chǎn)物引入到蒸餾單元使解聚產(chǎn)物分餾和冷凝成液態(tài)運(yùn)輸燃料。
[0013]需要注意的是，本發(fā)明所用的石灰石催化劑來(lái)自固體組合物的燒結(jié)產(chǎn)物，該固體組合物包括39%到41%的氧化鋁(Al2O3) ;30%到32%的氧化鈣(CaO) ;0.09%到0.12%的一氧化硅(SiO) ;0.01%到0.03%的氧化鎂。
[0014]附圖概述
[0015]圖1是流程圖，詳細(xì)顯示了熱解聚廢棄塑料材料得到液態(tài)烴，尤其是運(yùn)輸燃料的過(guò)程。
[0016]發(fā)明詳述
[0017]參照下述給出的詳述的實(shí)施例可以更好的理解本發(fā)明的目的、構(gòu)造、特征和功能。
[0018]本發(fā)明涉及一種廢棄材料，尤其是塑料廢棄物(10)通過(guò)使用石灰石(20)作為催化劑轉(zhuǎn)變成液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)的熱解聚方法(100)。本發(fā)明所述的廢棄塑料(10)是市政和/或工業(yè)廢料，包括但不限于聚乙烯，聚丙烯和聚氯乙烯。
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，石灰石催化劑(20)由下述固體組合物燒結(jié)得到，該固體組合物含有:39%到41% 的氧化鋁(Al2O3) ;30%到32%的氧化鈣(CaO) ;0.09%到
0.12%的一氧化硅(SiO) ;0.01%到0.03%的氧化鎂。優(yōu)選的，固體組合物含有40.6%±0.1 的氧化鋁(Al2O3) ；31.7% ±0.1 的氧化鈣(CaO) ；0.15% ±0.01 的一氧化硅(SiO)；和 0.03 ± 0.01 氧化鎂(MgO)。
[0020]需要注意的是，除了促進(jìn)解聚以外，石灰石催化劑(20)還能使得塑料廢棄物在低溫，優(yōu)選低于460°C，和IBar的正常氣壓條件下解聚成高級(jí)烯烴(C4-C25)?？梢岳斫?，碳化處理會(huì)形成分解殘留物或焦炭結(jié)晶和不可接受的環(huán)境危害，例如溫室氣體，二惡英和呋喃，在低的操作溫度下能抑制這種情況。采用石灰石催化劑進(jìn)行的塑料廢棄物熱解聚毫無(wú)疑問(wèn)的更具有經(jīng)濟(jì)上的可行性和環(huán)境上的可接受性。
[0021]圖1詳細(xì)顯示了塑料廢棄物(10)到有價(jià)值的化學(xué)品，尤其是液態(tài)運(yùn)輸燃料(20)的熱解聚過(guò)程。所述方法包括在Ibar的正常氣壓條件和420°C _450°C的溫度范圍內(nèi)使用本發(fā)明的石灰石催化劑(15)在反應(yīng)室內(nèi)解聚(S103)熔融塑料廢棄物(10)的步驟。需要注意的是，熔融塑料廢棄物(10)可以通過(guò)在加熱室中在低于250°C的溫度下加熱(SlOl)固體塑料廢棄物(10)來(lái)制備。在進(jìn)入熱熔融擠出機(jī)(SlOl)之前可以切碎固體塑料廢棄物
(10)并消除其中的水分。
[0022]如前所述，石灰石催化劑通過(guò)燒結(jié)(S102)固體組合物的步驟得到，該固體組合物含有:39%到41%的氧化鋁(Al2O3) ;30%至Ij 32%的氧化鈣(CaO) ；0.09%到0.12%的一氧化硅(SiO) ;0.01%到0.03%的氧化鎂。在一優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)含有40.6% ±0.1的氧化鋁(Al2O3) ；31.7% ±0.1 的氧化鈣(CaO) ；0.15% ±0.01 的一氧化硅(SiO);和0.03±0.01氧化鎂(MgO)的固體組合物進(jìn)行粉碎和燒結(jié)(S102)以形成本發(fā)明的石灰石催化劑(15)。
[0023]解聚產(chǎn)物(25)，優(yōu)選為氣態(tài)烴的混合物，進(jìn)入蒸餾單元從而使氣態(tài)烴(25)被分餾和冷凝(S106)成液態(tài)運(yùn)輸燃料(20)，如柴油，煤油和汽油。在分餾過(guò)程(S106)之前，氣態(tài)烴(25)的混合物優(yōu)選在IBar的正常大氣壓力條件下，在420°C到450°C的溫度范圍內(nèi)破碎(S104)。為了獲得更高產(chǎn)量的高品質(zhì)液態(tài)燃料，對(duì)解聚烴(25)執(zhí)行清洗步驟(S105)以消除氣溶膠和顆粒。所述清洗步驟(S105)優(yōu)選的包括通過(guò)高速旋流引導(dǎo)解聚烴(25)進(jìn)入壓力密封容器從而在分餾之前去除不需要的成分。
[0024]如上所述，本發(fā)明的解聚方法(100)，不僅可以通過(guò)采用有效的催化劑在420°C到450°C的溫度范圍之間分解塑料衍生的廢棄材料(10)，而且能夠從廢棄塑料材料(10)中成功地回收十六烷值高于55和0-50PPM含硫量的高品質(zhì)機(jī)動(dòng)車燃料(20)。
[0025]盡管參照優(yōu)選實(shí)施方案和實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明范圍的情況下進(jìn)行各種修改和改變是顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于塑料廢棄物(10)生產(chǎn)液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)的方法，包括下述步驟；提供熔融形式的廢棄塑料(10);在IBar的正常氣壓條件和低于460°C的溫度下使用石灰石催化劑解聚進(jìn)入反應(yīng)室的熔融塑料廢棄物(10);和將氣態(tài)的解聚產(chǎn)物(25)引入到蒸餾單元使解聚產(chǎn)物(25)分餾和冷凝成液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的基于塑料廢棄物(10)生產(chǎn)液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)的方法，其中所述石灰石催化劑(20)由包含氧化鋁(Al2O3)、氧化鈣(CaO)、一氧化硅(SiO)和氧化鎂(MgO)的固體組合物燒結(jié)而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的基于塑料廢棄物(10)生產(chǎn)液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)的方法，其中所述固體組合物優(yōu)選的包含39%到41%的氧化鋁(Al2O3) ;30%到32%的氧化鈣(CaO) ；0.09%到0.12%的一氧化硅(SiO) ；0.01%到0.03%的氧化鎂。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的基于塑料廢棄物(10)生產(chǎn)液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)的方法，其中所述固體組合物優(yōu)選的包含40.6% ±0.1的氧化鋁(Al2O3) ；31.7% ±0.1的氧化鈣(CaO)；0.15% ±0.01 的一氧化硅(SiO);和 0.03±0.01 氧化鎂(MgO)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的基于塑料廢棄物(10)生產(chǎn)液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)的方法，其中固體組合物在燒結(jié)之前進(jìn)行粉碎。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的基于塑料廢棄物(10)生產(chǎn)液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)的方法，其中提供熔融形式塑料廢棄物(10)的步驟包括以下步驟:除去封閉在固體塑料廢棄物(10)中的水分；將干燥的固體塑料廢棄物(10)粉碎成小塊；和在加熱室中在低于250°C的溫度下加熱干燥和粉碎的固體塑 料廢棄物(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的基于塑料廢棄物(10)生產(chǎn)液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)的方法，其中解聚熔融塑料廢棄物(10)優(yōu)選在IBar的正常大氣壓力條件下，在420°C到450°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的基于塑料廢棄物(10)生產(chǎn)液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)的方法，其中進(jìn)一步包括在進(jìn)入分餾過(guò)單元之前，在IBar的正常大氣壓力條件下，在420°C到450°C的溫度范圍內(nèi)破碎氣態(tài)解聚產(chǎn)物(25)的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的基于塑料廢棄物(10)生產(chǎn)液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)的方法，其中進(jìn)一步包括在分餾之前去除氣態(tài)解聚產(chǎn)物(25)氣溶膠和顆粒的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的基于塑料廢棄物(10)生產(chǎn)液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)的方法，其中氣態(tài)解聚產(chǎn)物(25)中不需要的成分通過(guò)高速旋流引導(dǎo)氣態(tài)解聚產(chǎn)物(25)進(jìn)入壓力密封容器去除。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的基于塑料廢棄物(10)生產(chǎn)液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)的方法，其中所述液態(tài)運(yùn)輸燃料(15)的十六烷值高于55，含硫量在0-50PPM之間。
【文檔編號(hào)】C10L1/02GK103842420SQ201280046012
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月22日
【發(fā)明者】沙姆斯·巴哈爾·民·莫漢德·諾爾 申請(qǐng)人:沙姆斯·巴哈爾·民·莫漢德·諾爾