一种催化裂解废塑料生产燃料油的催化剂及其制备方法技术

技术编号:20031170 阅读:32 留言:0更新日期:2019-01-08 23:12
本发明专利技术是一种催化裂解废塑料生产燃料油的催化剂,包括改性柱撑粘土及其负载的金属催化剂,所述改性柱撑粘土通过蒙脱石族或高岭土族制备而成,所述金属催化剂包括起催化作用的过渡金属化合物和非过渡金属化合物,过渡金属化合物的重量占所述金属催化剂的重量的95%以上。本发明专利技术的催化剂具有合适的酸度和良好的特性,分解效率高,对柴油燃料生产具有高选择性,无需在热解前进行分选,降低了人力和相关设备的操作成本,所述催化剂可用于混合塑料原料和烃类材料的催化热解,适用于流化床反应器、管式反应器、回转窑反应器、搅拌釜反应器、螺旋输送器等各种类型的热解反应器。

A Catalyst for Producing Fuel Oil from Waste Plastics by Catalytic Cracking and Its Preparation Method

The invention relates to a catalyst for catalytic cracking of waste plastics to produce fuel oil, which comprises a modified pillared clay and a metal catalyst supported on it. The modified pillared clay is prepared by montmorillonite or kaolin groups. The metal catalyst comprises transition metal compounds and non-transition metal compounds which play a catalytic role, and the weight of transition metal compounds accounts for the metal catalyst. More than 95% of the weight. The catalyst of the invention has suitable acidity and good characteristics, high decomposition efficiency, high selectivity for diesel fuel production, no need to separate before pyrolysis, and reduces the operation cost of manpower and related equipment. The catalyst can be used for catalytic pyrolysis of mixed plastic raw materials and hydrocarbon materials, and is suitable for fluidized bed reactor, tubular reactor, rotary kiln reactor, etc. Stirred tank reactor, screw conveyor and other types of pyrolysis reactor.

【技术实现步骤摘要】
一种催化裂解废塑料生产燃料油的催化剂及其制备方法
本专利技术涉及到一种利用废物回收资源的方法,具体涉及一种催化裂解废塑料生产燃料油的催化剂及其制备方法。
技术介绍
塑料是用途广泛的高分子材料,中国自2011年起就成为世界第一大塑料消费国,而大量废塑料造成了日益严重的“白色污染”,给我国的环境保护带来了非常多的压力。对废塑料而言,传统的处理处置方法有填埋、焚烧、再生利用、再资源化、用可降解塑料代替现有塑料等技术,随着废塑料量的逐年增长和环保管理的日益严格,填埋和焚烧处理开始受到限制甚至抵制,因此利用废塑料制取液体燃料是一种较好的处理方法,该方法较为适合我国国情,既可处理白色污染,又可得到资源。但利用废塑料直接裂解制取燃油存在渣量过大、结焦问题、催化效率低等诸多问题。CN104611060B公开了一种利用废塑料和高芳组分生产清洁燃料油的方法,高芳组分与废塑料油混合后,先通过热裂解反应区,热裂解反应区采用逐渐升温与恒温操作相结合的方式;得到裂解气再进入催化反应区,与其中的催化剂接触发生催化反应,所得反应流出物进进行气液分离,得到气体产物和液相油品。该技术方案反应所用的催化剂为HY沸石、Ni-REY沸石、HZSM-5沸石、HC-1分子筛催化剂和无定形硅铝SiO2-Al2O3中的任意一种或两种以上,用量为一般废塑料和高芳组分总重量的0.5%~2.0%,但催化剂催化效率不高,而且反应步骤繁琐,工艺比较复杂。CN108456328A公开了一种废塑料的处理方法,具体公开了所述的改性催化剂为改性剂氧化物改性的HZSM-5和HY复合型分子筛,改性剂选自Sn、Fe、Ti和Zn中的一种或多种,所述的反应溶剂为四氢化萘和正十六烷的混合物。该技术方案在保证有较高转化率的前提下明显降低了废塑料催化裂解的温度,节约了能耗。但是塑料分解的效率不高,选择性不好,处理较为繁琐。综上,现有技术仍缺乏一种能处理各种废塑料且能高效率获得燃料油的催化剂。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是开发一种能够催化裂解废塑料生产燃料油的催化剂,其能处理各种废塑料等有机垃圾,高效分解为燃料油,并且产率和选择性均较高。本专利技术的详细技术方案如下。一种能够催化裂解废塑料生产燃料油的催化剂,包括改性柱撑粘土及其负载的金属催化剂,所述改性柱撑粘土通过蒙脱石族或高岭土族制备而成,所述蒙脱石族包括膨润土、皂石、蒙脱石,所述高岭土族包括高岭石和/或埃洛石,所述改性柱撑粘土的颗粒尺寸为20μm以下,平均孔径为50nm以上,BET表面积为100-400m2/g;所述金属催化剂包括起催化作用的过渡金属化合物和非过渡金属化合物,过渡金属化合物的重量占所述金属催化剂的重量的95%以上,所述过渡金属化合物中的过渡金属包括IIB族、IVB族和VIII族的金属元素,过渡金属化合物以盐酸盐、硝酸银和硫酸盐的形式存在;所述改性柱撑粘土中二氧化硅与氧化铝的摩尔比为4-50:1,所述氧化铝的质量占催化剂总重量的2-26%,所述二氧化硅的质量占催化剂总重量的45-87wt%,金属催化剂的质量占催化剂总重量的10-35%。本专利技术的催化剂,与常规的催化剂,有两点不同。第一,催化剂的载体为改性柱撑粘土,并进一步限定颗粒尺寸为20μm以下,平均孔径为50nm以上,BET表面积为100-400m2/g,与常用的沸石基催化剂和中孔催化剂相比,孔径较大,过度裂化倾向较低,催化效率高,选择性强,而且由于改性柱撑粘土相比而言较为温和,具有合适的酸度,能够制备高品质的柴油。第二,催化剂的种类较多,均能够获得较好的催化效果。特别是铁族元素和锌族元素能够获得高品质的柴油。作为优选,所述改性柱撑粘土的颗粒尺寸为15μm以下,平均孔径为100nm以上,BET表面积为200-400m2/g,所述过渡金属催化剂中的过渡金属包括VIII族和IIB族的金属元素。进一步限定基体的尺寸,提高催化剂的催化效率。作为优选,所述过渡金属催化剂中的过渡金属包括铁元素,所述铁元素催化剂的质量占催化剂总重量的10-35%。铁基催化剂的效率是非常好的,分解率是所有金属元素中最高的。作为优选,所述过渡金属催化剂中还包括IIB族过渡金属的锌元素,所述铁元素的重量占催化剂总重量的10-30%,所述锌元素的重量占催化剂总重量5-10%。铁锌催化剂相互配合,能够改善柴油中的C分布,获得高品质的柴油。本专利技术的第二个目的是提供一种上述的催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下几个步骤:(1)预处理:将粘土原材料研磨至平均尺寸不超过30目;(2)均质粘土悬浮液的制备:将步骤(1)得到的黏土在搅拌下与去离子水混合制备均质粘土悬浮液;(3)插层溶液的制备:将碱性溶液作为活化剂与过渡金属化学物混合,混合溶液的pH控制为1-4.5,混合后,使溶液在特定温度下老化一段时间达到平衡;(4)插层:将步骤(3)制备的插层溶液滴加到步骤(2)得到的均质粘土悬浮液中,滴加温度控制为15-95℃,滴加时间控制为2-20小时;(5)老化和洗涤:将步骤(4)插层后的溶液在15-75℃的温度下老化6-24小时,老化后,用蒸馏水或去离子水反复洗涤,以除去粘土中存在的氯离子、硝酸根离子或硫酸根离子,洗涤后得到粘土浆料;(6)干燥:将步骤(5)得到的粘土浆料在40-80℃的温度下干燥5-20小时,得到改性柱撑粘土前体;(7)煅烧:将步骤(6)得到的柱撑粘土前体在300-600℃的温度下煅烧,得到柱撑粘土催化剂;(8)成型:将步骤(7)获得的柱撑粘土催化剂制备成小颗粒、粒料、球体中任一种形式,以适应不同热解反应器的不同需要。本专利技术通过调整即粘土,金属化合物的比例和插层过程中的参数来调节所述催化剂的酸强度和质地性质。可调节的酸强度和质地结构允许所述催化剂适应不同的原料条件或不同的塑料原料组成(即特定类型的塑料或几种特定塑料类型的混合物),可以获得不同的柴油产品和/或不同比例的汽油与柴油。作为优选,所述步骤(4)中,所述步骤(1)中的黏土的质量与所述步骤(3)中过渡金属化合物的质量之比为1-5:1。作为优选,所述步骤(4)中,可加入稳定剂,所述稳定剂为十二烷基二甲基叔胺、苯扎溴铵、聚二烯丙基二甲基氯化铵和阳离子聚丙烯酰胺中的一种。稳定剂可以提高插层的稳定性,进而提高催化剂的催化效率。本专利技术的第三个目的提供所述的催化剂的应用,所述催化剂可用于混合塑料原料和烃类材料的催化热解,所述混合塑料原料包含聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)等,所述烃类材料包括蜡、焦油和重油等。本专利技术能够处理混合塑料废物,无需在热解前进行分选,同时保持高产率的液态烃。不需要预分选工艺降低了人力和相关设备的操作成本,因此有利于大规模应用热解作为塑料废物再循环方法。作为优选,使用所述催化剂催化热解的反应温度为350-600℃。本专利技术的催化剂反应温度较低,可以通过降低混合塑料材料热解所需的反应温度和时间来降低能耗,节约能源。作为优选,所述催化剂适用于流化床反应器、管式反应器、回转窑反应器、搅拌釜反应器、螺旋输送器等各种类型的热解反应器。本专利技术适用于多种反应容器,可以大规模应用于不同场合处理废塑料。本专利技术的有益效果有:(1)本专利技术的催化剂具有合适的酸度和良好的特性,分解效率高,本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种催化裂解废塑料生产燃料油的催化剂,其特征在于,包括改性柱撑粘土及其负载的金属催化剂,所述改性柱撑粘土通过蒙脱石族或高岭土族制备而成,所述蒙脱石族包括膨润土、皂石、蒙脱石,所述高岭土族包括高岭石和/或埃洛石,所述改性柱撑粘土的颗粒尺寸为20μm以下,平均孔径为50nm以上,BET表面积为100‑400m2/g;所述金属催化剂包括起催化作用的过渡金属化合物和不起催化作用的非过渡金属化合物,过渡金属化合物的重量占所述金属催化剂的重量的95%以上,所述过渡金属化合物中的过渡金属包括IIB族、IVB族和VIII族的金属元素,过渡金属化合物以盐酸盐、硝酸银和硫酸盐的形式存在;所述改性柱撑粘土中二氧化硅与氧化铝的摩尔比为4‑50:1,所述氧化铝的质量占催化剂总重量的2‑26%,所述二氧化硅的质量占催化剂总重量的45‑87wt%,金属催化剂的质量占催化剂总重量的10‑35%。

【技术特征摘要】
1.一种催化裂解废塑料生产燃料油的催化剂,其特征在于,包括改性柱撑粘土及其负载的金属催化剂,所述改性柱撑粘土通过蒙脱石族或高岭土族制备而成,所述蒙脱石族包括膨润土、皂石、蒙脱石,所述高岭土族包括高岭石和/或埃洛石,所述改性柱撑粘土的颗粒尺寸为20μm以下,平均孔径为50nm以上,BET表面积为100-400m2/g;所述金属催化剂包括起催化作用的过渡金属化合物和不起催化作用的非过渡金属化合物,过渡金属化合物的重量占所述金属催化剂的重量的95%以上,所述过渡金属化合物中的过渡金属包括IIB族、IVB族和VIII族的金属元素,过渡金属化合物以盐酸盐、硝酸银和硫酸盐的形式存在;所述改性柱撑粘土中二氧化硅与氧化铝的摩尔比为4-50:1,所述氧化铝的质量占催化剂总重量的2-26%,所述二氧化硅的质量占催化剂总重量的45-87wt%,金属催化剂的质量占催化剂总重量的10-35%。2.一种如权利要求1所述的催化剂,其特征在于,所述改性柱撑粘土的颗粒尺寸为15μm以下,平均孔径为100nm以上,BET表面积为200-400m2/g,所述过渡金属催化剂中的过渡金属包括VIII族和IIB族的金属元素。3.一种如权利要求2所述的催化剂,其特征在于,所述过渡金属催化剂中的过渡金属包括铁元素,所述铁元素催化剂的质量占催化剂总重量的10-35%。4.一种如权利要求3所述的催化剂,其特征在于,所述过渡金属催化剂中还包括锌元素,所述铁元素的重量占催化剂总重量的10-30%,所述锌元素的重量占催化剂总重量5-10%。5.一种如权利要求1-4中任一项所述的催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下几个步骤:(1)预处理:将粘土原材料研磨至平均尺寸不超过30目;(2)均质粘土悬浮液的制备:将步骤(1)得到的黏土在搅拌下与去离子水混合制备均质粘土悬浮液;(3)插层溶液的制备:将碱性溶液作为活化剂与...

【专利技术属性】
技术研发人员:王中慧卢欢亮汪永红李朝晖
申请(专利权)人:广东省环境科学研究院
类型:发明
国别省市:广东,44

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