一种聚甲基丙烯酸甲酯催化解聚为单体的方法和反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种聚甲基丙烯酸甲酯解聚为单体的方法和装置，尤其涉及一种聚甲基丙烯酸甲酯催化解聚为单体的方法和反应装置。该方法为先制备第一催化剂；将第一催化剂加入反应装置，并加热至解聚温度；再将聚甲基丙烯酸甲酯加入到所述反应装置，常压下发生热解聚反应，单体气体从所述反应装置的出口排出，冷凝后收集单体产物。该装置为旋转炉反应装置。本发明专利技术给过设计旋转炉反应系统和对催化剂及其加入工艺的调整，传质传热效果明显提升，解聚选择性提高，提高了产物收率；解聚温度下降，降低了能耗；并可实现连续化排出失活的催化剂进行原位再生，实现生产连续化。实现生产连续化。实现生产连续化。

【技术实现步骤摘要】
一种聚甲基丙烯酸甲酯催化解聚为单体的方法和反应装置


[0001]本专利技术涉及一种聚甲基丙烯酸甲酯解聚为单体的方法和装置，尤其涉及一种聚甲基丙烯酸甲酯催化解聚为单体的方法和反应装置。

技术介绍

[0002]聚甲基丙烯酸甲酯聚合物产品广泛应用于人们的日常生活中。如汽车灯罩、车牌徽标板面、浴室门窗装饰挡板、工艺装饰品防尘板、人造骨骼、人造牙齿基材等方面都能看到聚甲基丙烯酸甲酯聚合物的身影。虽然聚甲基丙烯酸甲酯聚合物的一系列产品给人类带来了很多便利，但大量的聚甲基丙烯酸甲酯聚合物使用后就变成了废弃物，造成了很大的资源浪费。由于聚甲基丙烯酸甲酯化学性质稳定，在自然界难以将其直接分解并回收利用，这也造成了严重的环境污染。所以对聚甲基丙烯酸甲酯聚合物的回收利用迫在眉睫。以一种新型且环保的方式解聚聚甲基丙烯酸甲酯聚合物为甲基丙烯酸甲酯单体，既能解决环境污染的问题，又能解决我国能源短缺的问题。因此，将废弃的聚甲基丙烯酸甲酯聚合物催化解聚为甲基丙烯酸甲酯单体具有巨大的经济效益和生态效益。
[0003]目前工业上比较成熟的聚甲基丙烯酸甲酯聚合物解聚方法是固定床热解法，即将废弃的聚甲基丙烯酸甲酯加入到反应釜中，在釜底进行加热，产物甲基丙烯酸甲酯以气态形式从反应釜顶部离开，冷却后收集含甲基丙烯酸甲酯的液体，然后进行精制；该方法存在的问题是单体收率低，约75％，结焦严重，热解一天左右就需要停车进行清理，属于半连续生产。目前在研发的技术是利用流化床进行热解聚反应，即在一定温度范围内，聚甲基丙烯酸甲酯聚合物在流化床中热解聚。流化床具有极好的传热传质效果，使反应器内温度及浓度均匀一致，而且能够连续生产，效率高，广泛应用于气化、热解聚和干燥等领域。Kang等[Kang B.S.,Sang G.K.,Kim J.S.Thermal degradation of poly(methyl methacrylate)polymers:Kinetics and recovery of monomers using a fluidized bed reactor.Journal of Analytical&Applied Pyrolysis,2008,81(1):7
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13]利用流化床对聚甲基丙烯酸甲酯共聚物(97.5％甲基丙烯酸甲酯和2.5％丙烯酸甲酯)和聚甲基丙烯酸甲酯废弃物进行了热解并回收单体，所使用的反应温度在450℃～500℃之间。在这两种原料情况下，液体油的回收率都超过97％，液体油中甲基丙烯酸甲酯的含量高达98wt％。Lopez等[Lopez G.,Artetxe M.,Amutio M.,Elordi G.,Aguado R.,Olazar M.,Bilbaoet J.Recycling poly
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(methyl methacrylate)by pyrolysis in a conical spouted bed reactor.Chemical Engineering&Processing Process Intensification,2010,49(10):1089
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1094]利用圆锥形喷射流化床反应器热解聚聚甲基丙烯酸甲酯。在400℃～550℃范围内，研究了反应温度对热解产物分布的影响。结果表明，热解温度升高时，由于二次反应的增多，单体的产率降低，而气体的产率显著增加；在400℃时，单体的回收率最高，甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯的产率分别为86.5wt％和6.2wt％。将流化床反应器应用于聚甲基丙烯酸甲酯聚合物的解聚时，需要使用大量的惰性气体热载体(一般为N2)，N2的升温(用于热解聚甲基丙烯酸甲酯)和降温(回收单体甲基丙烯酸甲酯)，造成大量的能耗。另外聚甲基丙
烯酸甲酯聚合物熔化后粘度较大，使物料与流化介质(一般为砂子)之间会粘附成团状大颗粒，造成床层的塌陷。通过上述文献可以得知，流化床反应器和喷射流化床反应器在热解聚聚甲基丙烯酸甲酯方面已有应用，但流化床床层的塌陷、使用大量的惰性气体及热量消耗量大等问题，限制了其应用，为解决上述问题，需要研发新型的反应器进行热解聚。
[0004]另外，金属氧化物催化剂在聚合物解聚(主要是碳碳键断键)方面具有明显的催化作用[Soni V.K.,Singh G.,Vijayan B.K.,Chopra A.,Kapur G.S.,Ramakumar S.S.V.Thermochemical recycling of waste plastics by pyrolysis:Areview.Energy&Fuels,2021,35:12763
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12808]，但是不同的聚合物有自身的基团特性、反应特性，如何调整工艺应用在聚甲基丙烯酸甲酯聚合物解聚反应中，又如何与反应器结构结合，是一系列需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种聚甲基丙烯酸甲酯催化解聚为单体的方法和反应装置，通过设计旋转炉反应系统和对催化剂及其加入工艺的调整，传质传热效果明显提升，解聚选择性提高，提高了产物收率；解聚温度下降，降低了能耗；并可实现连续化排出失活的催化剂进行原位再生，实现生产连续化。
[0006]为实现以上目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0007]一种聚甲基丙烯酸甲酯催化解聚为单体的方法，包括如下步骤：
[0008]S1：制备第一催化剂。
[0009]进一步地，所述步骤S1中的第一催化剂包括载体和/或金属氧化物；所述第一催化剂与聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为8:1～15:1。
[0010]优选地，所述载体包括Al2O3或SiO2；所述Al2O3或SiO2为球形；所述Al2O3或SiO2的比表面积为180～360m2/g；更优选地，所述球形的Al2O3或SiO2直径为3～5mm。
[0011]优选地，所述金属氧化物包括ZnO、MgO、Mn3O4、CoO、NiO或RuO2中的一种或多种。
[0012]优选地，所述金属氧化物在所述载体上的质量担载量为1％～4％。
[0013]S2：将S1中的第一催化剂加入反应装置，并加热至解聚温度。
[0014]优选地，所述解聚温度为350℃～500℃。
[0015]S3：将聚甲基丙烯酸甲酯加入到所述反应装置，常压下发生热解聚反应，单体气体从所述反应装置的出口排出，冷凝后收集单体产物。
[0016]聚甲基丙烯酸甲酯聚合物热解聚时，甲基丙烯酸甲酯单体的生成主要受自由基活性的影响，而自由基的活性与侧链基团的稳定性有关。聚甲基丙烯酸甲酯热解聚后生成的自由基被侧链基团
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CH3和
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COOCH3稳定下来，这使自由基的活性增强，单体产率增加。而所使用的颗粒金属氧化物催化剂一方面起到热解反应热载体和分散介质的作用；另一方面起到热解催化的作用。该催化剂的催化原理为：在解聚聚甲基丙烯酸甲酯时，其侧链基团的羰基氧具有较强的碱性，而金属离子具有酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚甲基丙烯酸甲酯催化解聚为单体的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：制备第一催化剂；S2：将S1中的第一催化剂加入反应装置，并加热至解聚温度；S3：将聚甲基丙烯酸甲酯加入到所述反应装置，常压下发生热解聚反应，单体气体从所述反应装置的出口排出，冷凝后收集单体产物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中的第一催化剂包括载体和/或金属氧化物；所述第一催化剂与聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为8:1～15:1。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1满足以下条件中的一个或多个：a.所述载体包括Al2O3或SiO2；b.所述金属氧化物包括ZnO、MgO、Mn3O4、CoO、NiO或RuO2中的一种或多种；c.所述金属氧化物在所述载体上的质量担载量为1％～4％。4.根据权利要求3所述的催化剂，其特征在于，所述条件a中的Al2O3或SiO2为球形；所述Al2O3或SiO2的比表面积为180～360m2/g；优选地，所述球形的Al2O3或SiO2直径为3～5mm。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述解聚温度为350℃～500℃。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴卫泽，杨佳林，任树行，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：