一种用于废塑料微波裂解的催化剂及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于废塑料微波裂解的催化剂及制备方法，所述的催化剂是由微波吸收组分、催化裂解组分、结焦抑制组分组成，各组分的质量含量为：微波吸收组分为50.0～90.0%，催化裂解组分为9.0～49.9%，结焦抑制组分为0.1～1.0%。本发明专利技术还公开了该催化剂的制备方法。相对于现有技术来说，本发明专利技术的优点是：其一，催化剂具有多种功能，能够有效地将微波的电磁能转换成热能，提供废塑料热解和催化裂解所必需的能量，反应过程所能达到的平衡温度高。其二，液体裂解油的收率高，裂解过程无结焦或有结焦时焦渣疏松、易清除。其三，催化剂的制备方法简单，适宜工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种环保领域的催化剂，尤其涉及一种用于废弃塑料微波裂解的催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着塑料工业的蓬勃发展及其大规模的使用，废旧塑料制品与塑料垃圾带来严重的社会问题——能源浪费及污染环境。从废塑料的化学成分来看主要有下列几种:聚乙烯 (包括低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE))、聚丙烯 (PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，这几种废塑料占所有种类废塑料的70%以上。废塑料的传统处理方法是采用焚烧或填埋的方法来进行处理，这无疑会产生严重的二次污染。废塑料是一类高分子长链碳氢化合物，塑料的热分解是典型的随机分解型，在无催化剂情况下，它先断裂为碳氢自由基，再生成一定数量的碳氢化合物，其中含有大量的蜡状产物，它的产物以烯烃为主，裂解产物的分子量分布较宽。这些产品经进一步加工处理可转化成具有各种用途的高价值产品。然而，热裂解法所需的反应温度较高，反应时间长，对设备等硬件设施的要求也很严格，所得到的燃料油产率和辛烷值都比较低。由于催化裂解反应温度低，产品附加值高， 因而成为国内外研究的重点。例如，中国专利CN101695666A(杨荣平等，一种废橡胶、 废塑料炼油裂解用的催化剂)公开了一种废橡胶、废塑料炼油裂解用的催化剂，该催化剂是按重量比将硅酸三钙30 60份、硅酸二钙15 37份、铝酸三钙7 15份、铁铝酸四钙10 18份、氧化钙20 30份、碳酸钙10 15份、氧化钠2 5份、氧化钾I 3份， 混合后经球磨机粉碎至200目混合而成。催化剂的用量为废橡胶、废塑料的I 10%。中国专利CN1462790A(王玉忠等，用于裂解废塑料以生产燃油的催化剂)提供了用于裂解废塑料以生产燃油的催化剂，该催化剂是一种金属氧化物改性的ZSM-5沸石分子筛，催化剂催化活性高，用于裂解废塑料不仅反应时间短，而且裂解温度低，可大大降低了生产成本；生产出的燃油综合收率高，均在80%以上。美国专利US7862691B2 (Kitamura et al, Decomposition method of waste plastics and organics)公开了一种用于分解废塑料和有机废弃物的方法。采用的催化剂为二氧化钛颗粒，所述的催化剂的比表面积为33 65 1112/^，颗粒直径为3.5目(5.6 mm)。在反应温度低于300 °C时，二氧化钛没有任何催化效果，废塑料仅仅融化而没有分解。温度超过350 1:时，废塑料轻微分解，适宜的反应温度范围 420 560 0C。现有的废塑料催化裂解催化剂虽然品种繁多，各自也取得了相应的催化裂解效果，然而从本专利技术人使用效果来看，上述的催化剂仍然存在以下问题:1)催化剂的活性较低，反应时间长，通常在几个小时以上，反应温度通常在500 V以上，裂解过程的能耗高。2) 催化剂的功能单一，只具有催化裂解的功能，当处理成分复杂的废塑料时，裂解油的品质较低。3)废塑料裂解产生的焦渣覆盖在反应器和催化剂的表面，降低了催化剂的活性，并且不容易清除焦洛。近年来在传统热解的研究基础上，结合微波加热技术提出和发展了微波裂解技术。微波是频率介于30 MHz 300 GHz的高频电磁波，它能整体穿透有机物，使能量迅速传至反应物的官能团上。微波加热是电磁场中由介质损耗引起的体积加热，在电磁场作用下，分子运动由原来杂乱无章的状态变成有序的高频振动，分子动能转变成热能，达到均匀加热的目的。在一定微波场中，物质吸收微波的能力与其介电性能和电磁特性有关，介电常数较大的极性分子与微波有较强的耦合作用，可将微波能转化为热量分散于物质中。基于以上微波加热的特点，国内外研究者将微波加热应用到有机质热解领域，显示了微波热解的优越性，是一种替代常规热解的很好选择。例如，中国专利 CN101972622A(张礼知等，一种基于碳基催化剂的蓝藻微波治理方法)提供了一种基于碳基催化剂的蓝藻微波治理方法，可在极短的时间内实现对蓝藻的高效杀灭。中国专利 CN100999677A (王君等，生物质微波催化裂解制备富含糠醛生物油的方法)以硫酸铁为催化剂，以碳化硅为微波吸收介质，以微波源为加热源进行生物质裂解获得富含糠醛的生物油，裂解反应时间短，5 15 min即可完成反应。美国专利US5268548A(Kumar, Microwave assisted paint stripping)介绍了一种采用微波裂解油漆或涂料涂层的方法,使用的微波吸收材料为胞02、祖0、103、(:00、(:、？61103，可在几分钟内将涂层加热到1200°C以上。然而，物质种类不同，物质的介电常数存在很大差别，而物质的微波加热依赖于它的介电常数，它决定了该物质是否能在微波的作用下产生热量。塑料的介电常数很小，吸收微波能力较弱，因而需要很长的辐照时间才能引起热解，甚至辐照很长时间也不会发生热解。若要实现废塑料的微波热解，需要添加一定量的“微波吸收剂”，才能使物料快速升温并发生热解。最近，微波裂解技术在废塑料的裂解中也得到了很好的应用。例如，国际专利 W02012097448A1 (Doucent et al, Catalyst for distributed bach microwave pyrolysis, system and process thereof)介绍了一种可以激发微波裂解的催化剂。采用的催化剂为碳含量80 90%的石墨，该催化剂主要用于处理家庭废弃物，例如废弃的食物、 庭院废弃物、包装箱、废报纸、衣物、塑料等。可将废弃物的体积减少90%以上，减少60 70% 的废弃物运输、收集、处理费用。裂解产物包括气体 、液体和固体残渣，在使用催化剂的条件下，裂解产物中气体的比例较高。国际专利W02012110990A1 (Frediani et al, Production of hydrocarbons from copyrolysis of plastic and tyre material with microwave heating)公开了一种采用微波降解废塑料(PE、PP、PS、PET、PVC及其混合物)和废弃轮胎或轮胎裂解残渣的方法。裂解油的硫含量小于1%，其中沸点20 250°C的馏分超过50%。 由于塑料具有很小的介电常数和损耗系数，很难吸收微波被加热，因此起吸收微波作用的是废弃轮胎或轮胎裂解残渣，废塑料和废轮胎的质量比例为1: 1.5 1:4.0，废塑料和轮胎裂解残渣的质量比例为1:1 1:2.0。然而，本专利技术人在采用微波裂解技术处理废塑料的过程中发现，上述的催化剂仍然存在以下问题:1)催化剂的功能单一，只具有快速热裂解的功能，裂解油的产率较少，微波裂解比传统方法产出更多的气体。2)裂解气体中含有较多的烯烃、二烯烃、芳烃等不饱和化合物，这些不饱和化合物极不稳定，尤其是二烯烃，受热后极易发生Diels - Aider环化反应和聚合反应，使分子逐渐长大，形成大分子聚合物。裂解过程中形成的小焦粉颗粒具有很强的吸附性，易与聚合反应中形成的有机大分子化合物粘结在一起，使焦垢颗粒逐渐长大，沉积在催化剂和反应器的表面，降低了反应速率，并且难以清除。基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于废塑料微波裂解的催化剂，包括催化裂解组分和微波吸收组分，其特征是：还包括结焦抑制组分，各组份按质量份计：微波吸收组分为50.0～90.0%催化裂解组分为9.0～49.9%结焦抑制组分为0.1～1.0%，其中，所述的微波吸收组分为颗粒直径为10～800目的含碳化合物、含硅化合物、含铁化合物、高分子聚合物中的任一种或其组合；所述的催化裂解组分为颗粒直径为10～800目的γ?Al2O3、无定型硅酸铝、粉煤灰、沸石分子筛、天然矿土、固体酸中的任一种或其组合；所述的结焦抑制组分为碱金属盐、含磷化合物、含硼化合物、硫酸镁、二乙基聚硅氧烷、对叔丁基邻苯二酚中的任一种或其组合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王文平，王继元，孙革，
申请(专利权)人：王文平，王继元，孙革，
类型：发明
国别省市：