本发明属于石油炼制技术,具体涉及一种以废旧塑料为原料生产石油产品的方法。 随着塑料在国计民生中的广泛应用,塑料垃圾越来越多。据统计,日本不可焚烧的垃圾中有20%是塑料。我国连续5年用于地膜复盖的塑料残膜每亩高达27公斤,据有关专家预测,这些废旧塑料在300-400年内也不会腐烂消失,从而严重地污染了农田,影响了作物的生长。如何消除塑料垃圾对环境的污染,是人们甚为关注的课题。塑料是不饱合烃类的高分子聚合物,如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等,能否把这些高分子的聚合物裂解为低分子烃类变废为宝呢?国内外曾作过一些探讨。据90年10月20日的科技日报报导,日本北海道工业发展试验室将废旧塑料在300℃下熔化,400-420℃下裂化,200-350℃在触媒作用下可得到汽油、煤油或柴油,处理一吨塑料约需234美元,据称要想在工业上应用还有不少问题要解决,成本也过高,专用的触媒需特殊加工制造。
本发明的目的在于开发一种催化剂便宜易得、成本低、流程短、以废旧塑料为原料生产石油系列产品的方法。
本发明地技术特征在于以氢氧化铝和石英沙的混合物为助熔催化剂,使废旧塑料在常压和450-500℃下熔化、裂化后蒸发;冷凝后的产物以氧化铝、石英沙及铝矾土的混合物为催化剂,在常压和300-350℃下,进一步催化裂化;最后采取通用的分馏方法,并在分馏塔釜底加入γ-Al2O3和石英沙作催化剂,从塔的不同支线得到石油液化气、汽油、煤油、柴油等石油系列产品。
本发明的工艺流程概述如下:
1.将废旧塑料除尘或/和用水清洗,然后将水挤干备用,
2.将预处理后的废旧塑料填压在圆柱形的卧式熔蒸釜中,一层塑料,一层助熔催化剂(氢氧化铝与鸳鸯砂各半),二者的重量比约为500-800∶1,熔蒸器外用煤火炉直接加热,使釜内温度达450-500℃,塑料熔化、裂化、蒸发;油蒸汽经蛇管式间接水冷器冷凝冷却后流入催化裂化釜中;三个熔蒸釜间歇操作,互相切换,釜中少量裂解气一同进入催化裂化釜,
3.在卧式圆柱形催化裂化釜中,加入催化剂(γ-AL2O325%,石英砂25%,铝矾土50%),其重量约为冷凝液态烃的1/200-1/250;在釜外,由煤炉火加热,使釜内温度达300-350℃,进一步裂化为碳数不等的烃类,经蛇管水冷器冷凝冷却后,在气液分离罐中将常温常压下不冷凝的C5以下的烃类与冷凝后的液态烃类分开,
4.C5以下的烃类再次冷却、冷凝后,分离出少量凝液,气体进入缓冲罐,以烃类压缩机加压升温后冷却,再节流膨胀降温,使液化石油气与不凝气分离后送入各自的贮罐中备用。
5.液态烃类采取通用的分流装置,塔釜底加1/300的催化剂(50%的γ-Al2O3和50%的石英砂),在分馏塔不同的支线得到汽油、煤油和柴油等。
所述助熔催化剂中的AL(OH)3为生产γ-AL2O3过程中的中间产物。所述的石英砂为山西省永济县当地产的鸳鸯砂。催化剂的粒度应在0.30mm以下,越细越好。鸳鸯砂的成分为:SiO275.06%,Al2O39.67%,CaCO34.46%,MgCO31.33%,Fe2O31.2%。
所述的催化裂化催化剂中的Al2O3为γ型Al2O3(市售的用作电解铝原料的铝矿石粉)。所述的铝矾土成分85%为Al2O3,其余是SiO2、Fe2O3及TiO2等。所述的粗石英砂的成分为:SiO264.55%,Al2O314.54%,CaCO35.33%,MgCO32.42%,Fe2O39.78%,该催化剂的粒度在0.30mm以下。所述的塑料为聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯。
所述裂解气的主要成分为(%):H219.92,O20.13,N20.44,CO 1.98,CH420.35,C2H421.05,C2H69.93,C3H610.19,C3H84.5,C4H84.91,C4H102.18,反-C4H80.68,顺-C4H80.49。
所述汽油产品根据GB483-86的检测结果为:10%馏出点78℃(≤79℃),50%馏出点134℃(≤145℃),90%馏出点182℃(≤195℃),残留量及损失量3.5%(≤4.5%),残留量0.8%(≤1.5%),干点230℃(应为205℃以下),酸度3mgKOH/1000ml(≤3),机械杂质及水分无(无),实际胶质4.4mg/100ml(≤5)。园括号内的数字为70号汽油的国家标准。由上述数据可知,除干点稍高外,全部指标都达到国家标准,只要调解馏出温度,即可使干点完全达标。
所述轻柴油产品根据GB252-87的检测结果如下:50%馏出点285℃(≤300℃),90%馏出点327℃(≤355℃),酸度6mgKOH/1000ml(≤10),实际胶质68mg/100ml(≤70),水溶性酸或碱无(无),水分无(痕迹),机械杂质无(无),灰分<0.3%(≤0.3),10%蒸余物残炭0.3%(≤0.3%),闪点80℃(≥℃)。结果表明,全部指标达到轻柴油的国家标准。
汽油及轻柴油已实际用于汽车运行,结果良好。其它产品如石油液化气、重柴油及煤油,都已试用,用户对其性能很满意。汽油、煤油和柴油的总收率在70%以上。
本发明的关键技术在采用砂子、γ-Al2O3及铝矾土为催化剂,这是本专业的技术人员一般不会想到的,是具有创造性的技术构思。况且砂子、铝矾土、γ-Al2O3便宜易得,这不仅大大降低了成本,而且为该发明的推广应用提供了便利条件。随着塑料的广泛应用,塑料垃圾愈来愈多,本发明提供一种防治环境污染、变废为宝的途径。能源危机特别是石油危机是现代工业和现代生活所面临的重大问题,若能把世界各国的废塑料都变成汽油、煤油或柴油等,其经济和社会意义是不言而喻的。本发明已建立了年产700吨(即日产两吨)的生产装置,采用不同原料的实施例如下:
实施例1
取干净的废聚乙烯2000kg,分层加入总比例为1/800的催化剂(Al(OH3)和石英砂),加热熔蒸釜至450℃,使之裂化、蒸发、冷却、冷凝,在催化裂化釜中得到1680kg液态烃,其余为残渣。再在其中加入1/250的催化剂(γ-Al2O325%,粗石英砂25%,铝矾土50%),加热至300℃,使之催化裂化,经冷却、冷凝、油气分离后得裂解气200kg,混合油1480kg,在分馏塔的釜底内,加入1/300的催化剂(γ-Al2O350%和SiO250%),分馏后得到汽油45%,煤油20%,柴油35%,三种油的总和为1460kg。
实施例2
废旧塑料为聚丙烯,熔蒸炉中的量为聚丙烯的1/700,熔蒸温度为500℃,催化裂化催化剂为原料的1/200,催化裂化温度为335℃,其它工艺条件及工艺流程同实施例1。
实施例3
废旧塑料为聚苯乙烯,熔蒸催化剂为量的1/500,熔蒸温度为500℃。催化裂化催化剂的量为其原料量的1/200,催化裂化温度为350℃,其它工艺条件及工艺流程与实施例1相同。