废弃塑料催化裂解制备低碳烯烃催化剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种废弃塑料催化裂解制备低碳烯烃催化剂的方法，涉及废弃塑料催化裂解技术领域。首先利用Fe

【技术实现步骤摘要】
废弃塑料催化裂解制备低碳烯烃催化剂的方法


[0001]本专利技术涉及废弃塑料催化裂解
，具体涉及一种废弃塑料催化裂解制备低碳烯烃催化剂的方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着石油化学工业快速地发展，利用石油和天然气制成的塑料，作为一种不可或缺的消耗品，已普遍地应用到人们生活的各个方面，包括工业、农业、医疗领域及日常生活等。随着塑料制品的增多，随之而来产生的塑料由于难以降解，将会对自然环境造成极大的破坏。城市生活垃圾中，废塑料是不同种类聚合物的混合物，通常由高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)组成，其中聚烯烃类塑料占城市生活垃圾的80％。塑料的“清洁”处理是许多国家的主要关注点，塑料焚烧会伴有多环芳烃、二噁英、呋喃等有毒气体的产生，对大气环境造成严重污染。作为近年来引起广泛关注的三次回收技术，塑料热解技术一般是在缺氧的环境中于高温下热处理塑料废料，产生一系列潜在作为化学原料或能源的烃类，并且它已成为一种替代传统技术的方法。由于热解过程中聚合物大分子链经历无规断链，通常会导致反应产物的烃分布范围广，催化剂的加入可以改变塑料降解途径，形成更有价值的产物。
[0003]现有技术中有关废塑料热解催化剂方面的研究主要有：
[0004]申请号201410169306.X公开了一种杂原子ZSM
‑
5分子筛的合成方法，包括步骤：(1)将镓源、铝源加入模板剂中，再加入氢氧化钠，然后与硅源混合，形成溶胶凝胶体系；(2)晶化48
‑
80小时；(3)过滤并烘干，焙烧除去有机模板剂；(4)分子筛粉末用氢氧化铵溶液离子交换为氢型分子筛。本专利技术提出的合成方法，采用价格低廉的硅源、镓源、铝源、矿化剂及有机模板剂直接合成，分子筛不必进行后续微孔孔径调整。合成的杂原子ZSM
‑
5分子筛属于 MFI结构，没有杂相晶系出现。与常规ZSM
‑
5分子筛相比，生物质和聚乙烯在杂原子ZSM
‑
5 分子筛进行催化快速热解，单环芳烃总收率没有降低，苯、甲苯、对二甲苯在芳烃中的选择性提高到80％左右。
[0005]申请号202010964096.8公开了一种聚烯烃废塑料的热解方法，以改性活性炭为催化剂，将反应量的改性活性炭与聚烯烃废塑料置于反应器中，在惰性气氛保护下快速升温进行催化热解，对产物进行冷凝得到富芳香烃，对不可冷凝气体进行收集得到富氢气体。本专利技术首次选择硝酸改性活性炭作为催化剂催化热解聚烯烃废塑料，催化剂制备方法简单，成本低廉，可回收重复利用，催化寿命长，经硝酸氧化处理后，改善了催化剂的表面性质，提高了催化剂的催化活性及目标产物选择性，工艺流程简单，反应条件温和，反应过程在常压下即可完成，反应周期短，催化剂成本低廉，可用现有设备进行生产，操作简单，适用于大规模商业化生产。
[0006]上述现有技术都是采用一步催化热解法对废塑料进行资源化处理，得到氢气和芳烃等产物，然而，一步催化热解法还存在以下技术问题：如热解温度过高(800～900℃)，而热解温度过高会对设备和能耗的要求也相应提升，导致出现产物成分多、选择性差、催化剂
结焦问题(催化剂长时间在高温下进行反应会发生结焦进而失去活性，影响反应速率)以及催化剂再生困难等问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种废弃塑料催化裂解制备低碳烯烃催化剂的方法，其采用两步法，首先是利用负载活性物质的介孔分子筛催化剂作为催化剂将废弃塑料催化裂解为油气类产品，然后利用负载活性物质的微孔分子筛作为催化剂将油气类产品进一步催化裂解为低碳烯烃，而且两步裂解方法中，裂解最高温度仅为550℃，在裂解温度降低的同时，也解决了催化剂的结焦问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0009]一种废弃塑料催化裂解制备低碳烯烃催化剂的方法，其是通过两步法来裂解的：
[0010]步骤一、利用Fe
‑
Al
‑
SBA
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16双金属介孔分子筛催化剂将废弃塑料催化裂解为油气类产品；
[0011]步骤二、利用MgO/ZSM
‑
5催化剂将步骤一所得油气类产品进一步催化裂解为低碳烯烃。
[0012]上述技术方案直接带来的有益技术效果为：
[0013]通过采用两步法来将废弃塑料催化裂解，其中，第一步先将废弃塑料催化裂解为油气类产品，其中采用负载活性物质的双金属介孔分子筛，活性物质为铁和铝，可在较宽的温度范围内提高将废弃LDPE催化裂解为油气类产品的效率，并且可同时降低反应温度和结焦率；第二步再将油气类产品催化裂解为低碳烯烃催化剂，其中采用负载活性物质的微孔分子筛，活性物质为氧化镁，微孔分子筛为ZSM
‑
5，由于该催化剂具有较强的酸度和独特的微孔结构，这使得其具有选择性催化的效果，可进一步降低反应的结焦率。通过上述两个步骤，在将废弃塑料裂解为低碳烯烃催化剂的同时，可显著降低催化裂解温度，并降低反应的结焦率。
[0014]作为本专利技术的一个优选方案，步骤一中，Fe
‑
Al
‑
SBA
‑
16双金属介孔分子筛催化剂的加入量占废弃塑料质量百分比的30～35％，催化裂解温度为450～550℃，裂解时间0.5～1.5h；
[0015]步骤二中，MgO/ZSM
‑
5催化剂的加入量占废弃塑料质量百分比的30～35％，催化裂解温度为400～500℃，裂解时间0.5～1.5h。
[0016]上述技术方案所带来的有益技术效果为：
[0017]通过对上述两种催化剂与废弃塑料的质量比值进一步限定，可以使得废塑料的催化裂解更加完全，催化裂解温度最高为550℃，在保证催化裂解效率的同时，其相比现有技术的裂解温度800℃，显著降低了150℃，当裂解时间为0.5～1.5h时，其收集的产物的收率可达到预期标准，由于将裂解温度控制在550℃，因此两步裂解反应中所产生的副产物大大减少，也降低了反应的结焦率。
[0018]作为本专利技术的另一个优选方案，所述的废弃塑料为高密度聚乙烯HDPE、低密度聚乙烯 LDPE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS或聚对苯二甲酸乙二酯PET。
[0019]进一步优选，步骤一、步骤二中，通过向反应器中先通入氮气，来除去反应器中的氧气，待氧气完全除去后，将反应器的升温速率设定为10～15℃/min。
[0020]优选的，步骤一中的油气类产品，其中油类为C
12
‑
C
21
的烃类，气体为C2‑
C4的低碳烯烃。
[0021]优选的，Fe
‑
Al
‑
SBA
‑
16双金属介孔分子筛催化剂的制备方法为：
[0022]S11、A溶液的配制：将六水合氯化铝AlCl3.6H2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废弃塑料催化裂解制备低碳烯烃催化剂的方法，其特征在于，其是通过两步法来裂解的：步骤一、利用Fe
‑
Al
‑
SBA
‑
16双金属介孔分子筛催化剂将废弃塑料催化裂解为油气类产品；步骤二、利用MgO/ZSM
‑
5催化剂将步骤一所得油气类产品进一步催化裂解为低碳烯烃。2.根据权利要求1所述的一种废弃塑料催化裂解制备低碳烯烃催化剂的方法，其特征在于：步骤一中，Fe
‑
Al
‑
SBA
‑
16双金属介孔分子筛催化剂的加入量占废弃塑料质量百分比的30～35％，催化裂解温度为450～550℃，裂解时间0.5～1.5h；步骤二中，MgO/ZSM
‑
5催化剂的加入量占废弃塑料质量百分比的30～35％，催化裂解温度为400～500℃，裂解时间0.5～1.5h。3.根据权利要求1所述的一种废弃塑料催化裂解制备低碳烯烃催化剂的方法，其特征在于：所述的废弃塑料为高密度聚乙烯HDPE、低密度聚乙烯LDPE、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS或聚对苯二甲酸乙二酯PET。4.根据权利要求2所述的一种废弃塑料催化裂解制备低碳烯烃催化剂的方法，其特征在于：步骤一、步骤二中，通过向反应器中先通入氮气，来除去反应器中的氧气，待氧气完全除去后，将反应器的升温速率设定为10～15℃/min。5.根据权利要求1所述的一种废弃塑料催化裂解制备低碳烯烃催化剂的方法，其特征在于：步骤一中的油气类产品，其中油类为C
12
‑
C
21
的烃类，气体为C2‑
C4的低碳烯烃。6.根据权利要求2所述的一种废弃塑料催化裂解制备低碳烯烃催化剂的方法，其特征在于，Fe
‑
Al
‑
SBA
‑
16双金属介孔分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华伟，李银翠，刘亭，赵晨曦，刘伟勋，梁鹏，马子轸，孙英杰，
申请(专利权)人：光大理工环境技术研究院青岛有限公司，
类型：发明
国别省市：