用废旧聚乙烯和聚丙烯塑料生产液态烯烃的方法

郑伟东

江苏赛维尔新材料科技有限公司江苏省镇江市212000

摘要：使用废弃聚乙烯和聚丙烯塑料制成液体烯经的技术，是指在少许沸石和三聚磷酸钠等的参与下，通过熔炉、气化炉、热裂解炉等的解聚过程和分馏塔的热分馏，把废弃聚乙烯和聚丙烯塑料分别做成液体烯经。其利用技术简单、液态烯产经量少、加工性能高等的优势，开辟了废旧塑料再生处理的新思路。

关键词：废旧塑料；聚乙烯；聚丙烯；液态烯烃生产

引言

塑料制品的普遍应用为民众的日常生活提供方便的同时却造成了很多的环保难题。塑料制品数量庞大，废旧聚乙烯和聚丙烯塑料制品无法降解，进而产生“白色污染”。当前，对废旧聚乙烯和聚丙烯塑料的回收利用已经十分地重要。对废旧聚乙烯和聚丙烯塑料，利用生物化工技术转化成的化工产品既能够从根本上减缓污染问题，又能够减缓各种资源的紧缺问题，是目前对废旧聚乙烯和聚丙烯塑料再生利用非常有发展前景的一个领域。

目前，对废旧聚乙烯和聚丙烯树脂的再造应用，一般有生产颗粒状注塑原材料和生产汽车、柴油等生物燃料的两种。经检索的相关资料和专利文献中检索并未见有将废旧的聚乙烯和聚丙烯塑料用来制造液体烯烩的记录。本文重点针对如何使用废旧聚乙烷和聚丙烯塑料制造液体烯烩进行了研究。

一、用废旧聚乙烷与聚丙烯塑料制造液态烯烃的机理

利用废弃聚乙烯和聚丙烯塑料制造液态烯烃的工艺技术，主要是通过使用双螺杆喂料机将废弃的聚乙烯和聚丙烯塑料持续投入到温度设置为280-300℃的熔融器中进行熔融，并在喂料机上添加了1%的超稳Y式沸石催化和0.2%的三聚磷酸钠助催化，随后将熔融料泵进入温度控制在400-450℃的气化炉内气化，然后由气化气经济管理路进入温度控制在560-580℃的裂化炉内进行裂解，然后向裂化炉内加入一定量的过热蒸汽，使分馏后的液态蒸馏塔温度下降至320-360℃，从而将裂化气体经管路和融化器之间的热产物迅速分馏出。

二、利用废旧聚乙烯和聚丙烯塑料进行液态烯烃制备的流程

液态烯烃的制备主要有以下几个步骤：利用废旧聚乙烯和聚丙烯塑料。

（1）将废弃聚乙烯、聚丙烯塑料与回炼油混合后放入熔化器内熔化，再在裂化炉内与催化剂共同进行热裂解反应，使熔化后得到的高温液体塑料得到热裂解。

注意事项：

回炉温度不应低于200摄氏度。

废旧聚乙烯、聚丙烯塑料与回炼油的混合比例应控制在0.2-2.0：1以内，最佳重量比例为0.5-1.0：1。             

高温环境下，催化剂与液态塑料的比重应设置为5-30:1，其中催化剂的比重最宜控制在15-25。

催化剂中的主要成分为金属氧化物，如碱土金属、强碱土金属等。

要求裂解反应温度为500-800℃，而实际裂化炉工作温度在650-750℃之间为佳。

裂解反应的压强要求是0.05-1.0MPa，而裂化炉的实际压强最好设置在0.1-0.3MPa。

裂解反应的反应时间大约为0.1s-1.0s，为了充分反应的实际时间平均为0.5-2.0s。

在热裂解反应过程中，加入的高温气化蒸汽与废弃聚乙烯、聚丙烯塑料的总重量之比应控制在0.1-2.0：1内，高温气化蒸汽的比重最好设置在0.2-0.5范围内。

（2）通过热裂解反应，可以获得含烯烃气体这一粗产物。通过分离装置将烯烃气体产物和液体产物进行分离，就可以获得较低含碳量的烯烃产物烯烃产物。在低碳烯烃生产中至少包括一种乙炔制品、丙烯制品和一种正丁烯制品。

（3）加氢精炼液体制品。汽油馏分、汽油馏分和重质原油馏分均由加氢精制的液态产物离心而得。将待处理的新废聚乙烯和聚丙烯树脂溶解在溶液中后，将一部分汽油馏分和重质原油馏分转入流化床反应器进行回炼。

三、利用废弃聚乙烯与聚丙烯塑料制备液态烯烃的实施方案

本文就利用废旧聚乙烯和新型聚丙烯塑料制造液态烯烃的一些方法进行研究，具体的实施方案如下：

（一）在反应催化剂产生的条件下，将废旧聚乙烯与聚丙烯塑料及回炼油共混后产生的高液态材料进行热裂解反应。搅拌后一般回炼温度不会低于200℃。并且通过将不小于200℃的回炼物与废旧聚乙烯、聚丙烯塑料混合后，不需要对废旧聚乙烯、聚丙烯塑料单独进行热裂解、脱杂、加氢处理等预处理，就可以将其与废旧聚乙烯、聚丙烯塑料混合后进行裂解。

其中，可回收炼油产品主要有重油回炼和汽油回炼，以及两者的混合液等。

催化剂主要采用的是含有硅元素、亚股元素、碱金属氧化物、碱土金属氧化物等其中一种元素的氧化物。这些催化剂既可以是碱土金属材料中的Si、Al、碱金属材料等任意元素的氧化物，也可以是Si、Al等两种或两种以上元素在碱土金属材料中的复合氧化物。

本文使用的反应催化剂普遍物美价廉，具有优良的物理化学稳定性和热容焦能力，还能保持稳定的物理化学结构和在高流态化环境中的物理化学特性。此外，该催化对目标物质的选择能力、热稳定性以及对可循环再造的污物具有极好的耐久性等方面都具有卓越的能力。

上述给定催化剂产生的高温下完成裂解反应后，将回炼后的废旧聚乙烯、聚丙烯塑料或混合后得到的高温液体树脂，只需进行一步裂解，即达到了研究所目前第二步裂解方式所达到的裂解目标，比传统第二步裂解方式所取得的裂解效率更高，也因此简化了生产流程，降低了工程投入与生产所需的成本，同时也降低了工程投入与生产中所需的成本。

裂解反应的高温区域范围可在500℃-800℃左右，如500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃或810℃等，也可在500℃-800℃范围内产生任何高温。裂解反应的温度在650-750℃左右，是实施该裂解反应的最优化方法。

裂解反应的最高化学反应压强值可能为0.05-MPa温度系数，同时还含有0.05MPa、0.2MPa、0.4MPa、MPa、0.8MPa或温度系数MPa等，也可能是在0.05-1.0MPa区域的另一压值。通过进行多次试验以及实施方法的优化得出，裂解反应的最佳反应压强范围为0.1-0.3MPa。

裂解反应需要的反应时间在0.1-10s这一范围内，通过对设置不同的反应时间进行多次测试，如0.1s，0.5s，1s，2s，5s，8s，9.5s或10s等，可以了解到按照所选试验方案，反应时间控制在0.5-2.0s才能使裂解反应最充分。

在裂解反应过程中，所用催化剂与高温液态塑料的比重通常为5-30：1。为了寻求最佳重量比例，设置多次比重试验，如5：1、8：1、10：1、15：1、20：1、25：1或30：1等比重，可以得到最佳的重量比例为15-25：1。其中金属催化剂的比重应控制在15-25以内最佳。

裂解反应过程中所加入的高温气化蒸汽与废旧聚乙烯、聚丙烯塑料的重量比例通常为0.1-2.0：1。为了寻求最佳重量比例，设置多次比重试验，如0.1：1、0.5：1、0.8：1、1：1、1.5：1或2：1，可以得到最佳的重量比例为0.5-1.5：1。

（二）将热裂解反应得到的粗产物进行分离，得到含烯烃气态产物与液体产物。

（三）含烯气的产物进一步分离，得到较低碳的烯类产物。低碳烯烃生产又可分为生产乙炔产品、丙烯产品和正丁烯产品的至少一类。

（四）将硫、氮、氯等杂质加入硫精炼液体化工产品中去除。在汽油馏分、汽油馏分和重质原油馏分中，可以进一步分离加氢精制后的液态产物。同时可用芳香烃抽提精馏制取汽油馏分。其中苯含量最少的是甲苯和二甲苯，属于轮烯类产品。

同时，汽油馏分可由芳香烃经抽提精馏制得。其中，轮烯类产品中苯含量最少的是甲苯和二甲苯。可将新的待处理物质如旧聚乙烯、聚丙烯塑料等溶解于柴油馏分中的局部柴油馏分中，也可作为燃料油或柴油调节成分。至于局部重油馏分，可将新旧聚乙烯及待加工聚丙烯塑料溶解于重油馏分中，亦可作燃料使用。

四、结束语

废旧聚乙烯和聚丙烯塑料利用传统化工方法转化成新化工产品的方法，主要包括高温裂解制油、催化裂解制油和催化裂解生产烯烃。由于催化裂解制备油料等化学品的流程是必须对废旧聚乙烯和聚丙烯塑料预先通过化学裂解、去杂质、加氢反应等技术处理之后，才能实现催化裂解制备烯烃等芳香族化合物，所以对废旧聚乙烯和聚丙烯塑料的催化裂解制化工原料和油品流程中对催化剂和技术条件均有严格规定，因此本文所给出的制备技术条件可以合理节省能源，而且项目投入和生产费用相对低廉。

参考文献：

[1]李智范，李淑敏.用废旧聚乙烯和聚丙烯塑料生产液态烯烃的方法：[P].

[2]李治， 朱建华， 郝代军，等. 一种废塑料生产烯烃和芳烃的方法及设备: CN112342049A[P]. 2021.