一种垃圾无氧碳化处理催化剂及其制备和使用方法及应用.pdf

本发明公开了一种垃圾无氧碳化处理催化剂及其制备和使用方法及应用，其由如下重量份数的组份组成：密陀僧8～10份、2-叔丁基对甲酚1～3份、2-甲基-6-叔丁基苯酚1～2份和苯并三氮唑1～2份。本发明的催化剂能将垃圾中的塑料制品、橡胶制品、尼龙薄膜制品等各种可还原成原油的物质汽化，实现垃圾减量化90％以上，还能提取出燃料产品，创造了经济效益，并且解决了生活垃圾碳化处理过程中不同物质组分需要不同的分解温度和时间的问题，且制备方法简单、成本低、适合规模化生产。

权利要求书
1.  一种垃圾无氧碳化处理催化剂，其特征在于，由如下重量份数的组份组成：密陀僧8～10份、2-叔丁基对甲酚1～3份、2-甲基-6-叔丁基苯酚1～2份和苯并三氮唑1～2份。

2.  根据权利要求1所述的一种垃圾无氧碳化处理催化剂，其特征在于，由如下重量份数的组份组成：密陀僧9份、2-叔丁基对甲酚2份、2-甲基-6-叔丁基苯酚1.5份和苯并三氮唑1.5份。

3.  一种垃圾无氧碳化处理催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制粉：取密陀僧、2-叔丁基对甲酚、2-甲基-6-叔丁基苯酚和苯并三氮唑，分别研磨制成粉末；
(2)取重量份数为8～10份的步骤(1)所得密陀僧粉末，加入重量份数为1～3份的步骤(1)所得2-叔丁基对甲酚粉末，搅拌均匀后，再加入重量份数为1～2份的步骤(1)所得2-甲基-6-叔丁基苯酚粉末，搅拌均匀后，再加入重量份数为1～2份的步骤(1)所得苯并三氮唑粉末，搅拌均匀后，即得所述垃圾无氧碳化处理催化剂。

4.  根据权利要求3所述的一种垃圾无氧碳化处理催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述密陀僧、2-叔丁基对甲酚、2-甲基-6-叔丁基苯酚和苯并三氮唑均为结晶体，所述研磨制成的粉末的粒径为300目。

5.  根据权利要求3或4所述的一种垃圾无氧碳化处理催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述密陀僧粉末的重量份数为9份，所述2-叔丁基对甲酚粉末的重量份数为2份，所述2-甲基-6-叔丁基苯酚粉末的重量份数为1.5份，所述苯并三氮唑粉末的重量份数为1.5份。

6.  一种如权利要求1或2所述的催化剂在垃圾无氧碳化处理中的应用。

7.  一种垃圾无氧碳化的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：向垃圾中加入如权利要求1或2所述的催化剂，混合后即可。

8.  根据权利要求6所述的一种垃圾无氧碳化处理催化剂的使用方法，其特征在于，所述加入催化剂的量为垃圾质量的0.5～2‰。

说明书一种垃圾无氧碳化处理催化剂及其制备和使用方法及应用
技术领域
本发明涉及一种垃圾无氧碳化处理催化剂及其制备和使用方法及应用，属于催化剂技术领域。
背景技术
目前，生活垃圾的处理问题是世界性难题。据统计，我国目前约有2/3的城市陷入垃圾围城的困境，仅城市生活垃圾的年产量就近1.5亿吨。传统的生活垃圾的处理方法有填埋法、堆肥法和焚烧法。其中，填埋法占地面积大、存在污染地下水的隐患、且容易引起火灾和爆炸；堆肥法对前期的垃圾分类的要求较高，有氧分解过程中产生的臭味会污染环境，堆肥成本过高或质量不佳影响堆肥产品销售；焚烧法投资大、对垃圾的热值有较高要求，且焚烧过程产生的二恶英会引起大气污染。二恶英在焚烧炉内的生成来源是石油产品、含氯塑料等。生活垃圾中含大量的氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)等化学物质，而当这些垃圾中的有机物质在含有氯的环境下燃烧，就会产生二恶英。
近年来，由于人口的增加、城市规模的扩大和人民生活水平的提高，我国城市生活垃圾产生量平均以8.98％的速度持续大幅度增长。我国城市垃圾在产量迅速增加的同时，垃圾构成及其理化问题也相应地发生了很大变化。我国城市生活垃圾构成拥有以下变化趋势：(1)有机物增加；(2)可燃物增多；(3)可回收利用物增多；(4)可利用价值增大。
习惯上称直接从油井中开采出来未加工的石油为原油，它是一种由各种烃类组成的黑褐色或暗绿色黏稠液态或半固态的可燃物质。地壳上层部分地 区有石油储存。它由不同的碳氢化合物混合组成，其主要组成成分是烷烃，此外石油中还含硫、氧、氮、磷、钒等元素。可溶于多种有机溶剂，不溶于水，但可与水形成乳状液。按密度范围分为轻质原油、中质原油和重质原油。石油主要被用来作为燃油和汽油，燃料油和汽油组成世界上最重要的一次能源之一。石油也是许多化学工业产品，如溶剂、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。
石油产品一般是指经过炼油厂加工所获得的各种产品。石油产品根据用途可分为如下几类：(1)燃料类：汽油、喷气燃料、煤油、柴油、重油等；(2)溶剂油类：石油醚、抽提溶剂油、橡胶溶剂油、溶剂煤油等；(3)润滑油类：喷气机润滑油、汽油机油、柴油机油、汽轮机油、冷冻机油、汽缸油、机械油、仪表油等；(4)电器用油类：变压器油、油开关用油、电容器油等；(5)液压油类：航空液压油、锭子油等；(6)润滑脂类：钙基润滑脂、钠基润滑脂、铝基润滑脂、钡基润滑脂、精密仪表脂等；(7)石蜡类：石蜡、高溶点石蜡、工业用石蜡、提纯地蜡等；(8)沥青类：道路石油沥青、建筑石油沥青、专用石油沥青等；(9)石油苯类：甲苯、苯、二甲苯等；(10)其它真空泵油、扩散泵油、防锈脂、石油焦、石油酸等。
生活垃圾中，含有塑料制品、橡胶制品、尼龙薄膜制品等人们生产、生活中需要的日用品，这些都是石油类产品，且都以固体形式存在。由于塑料制品、橡胶制品、尼龙薄膜制品等在自然界中不易为各种环境因素的作用而迅速降解，甚至30年、50年的长时间内都不会腐蚀。如果采用前述的填埋法、堆肥法和焚烧法，都难以实现这些物质的完全降解。尤其在这些制品大量使用、废弃品与日俱增的当下，如果处置不力，就会出现废弃塑料、废弃橡胶制品和废弃尼龙薄膜制品对环境的严重危害。因此，有必要研究一种新的生活垃圾的处理方法。
垃圾碳化热解技术是一种安全卫生、技术可靠、经济适用的垃圾处理新技术，与其它垃圾处理方式如填埋、堆肥、焚烧相比，具有投资少、占地面积小、运行费用低、建设周期短、选址容易、处理工艺简单等优点，其主要设备是垃圾碳化热解炉。
垃圾碳化热解技术，是近年来发展的一项新的垃圾处理技术，其具有如下几个特点：(1)垃圾处理过程中，主机不用煤、不使用任何辅助燃料，运行成本低，使用本身碳化垃圾过程中所产生油气提供热值；(2)处理范围广，垃圾不需分选可直接进入热解炉；(3)烟气量小、有害成分少、处理工艺简单，处理成本低；(4)垃圾减量化效果明显，碳化热解后产生的碳渣可用作水泥厂原料，也可用作制砖；(5)选址简单，处理站只要距居民区有600米距离即可，可以节约大量运输费用，减少矛盾纠纷。
但目前的垃圾碳化热解技术也存在一些不足，比如减量化和资源化达不到国家标准，而且提取不出燃料，造成垃圾中可利用成分的浪费。
本发明人经过多年的探索和实践，研究出一种垃圾无氧碳化热解产油技术，即利用垃圾中有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下对其进行加热蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、液体和固体，然后从中提取燃料油。该垃圾无氧碳化热解产油技术，不仅可以实现垃圾处理的“资源化、无害化、减量化”，而且可以产油，带来更多的经济效益。
本发明人针对上述垃圾无氧碳化热解产油技术，研制出一种垃圾无氧碳化处理催化剂，然后将此催化剂按比例加入到垃圾中，使垃圾在230～800℃碳化，然后使垃圾中的塑料制品、橡胶制品、尼龙薄膜制品等各种可还原成原油的物质汽化，最后再用冷凝的方式把汽化的油还原成液体油。目前，尚未有此种功能的催化剂的相关报道。
发明内容
本发明的目的是弥补现有技术的不足，提供一种垃圾无氧碳化处理催化剂及其制备和使用方法及应用。本发明的催化剂能将垃圾中的塑料制品、橡胶制品、尼龙薄膜制品等各种可还原成原油的物质汽化，实现垃圾减量化90％以上，还能提取出燃料产品，创造了经济效益，并且解决了生活垃圾碳化处理过程中不同物质组分需要不同的分解温度和时间的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种垃圾无氧碳化处理催化剂，由如下重量份数的组份组成：密陀僧8～10份、2-叔丁基对甲酚1～3份、2-甲基-6-叔丁基苯酚1～2份和苯并三氮唑1～2份。
本发明所采用的几种组份的功能分别为：
密陀僧(Lithargyrum)又名氧化铅，是一种含氧化铅的固体催干剂，为铅的氧化物矿物。密陀僧呈红色，属四方晶系，很重也很软，有油脂光泽，入油起促进干燥作用。其物理性质：为黄色或略带红色的黄色粉末或细小片状结晶，遇光易变色；沸点为1535℃，熔点为888℃；不溶于水，不溶于乙醇，溶于硝酸、乙酸、热碱液；相对密度(水＝1)为9.53g/cm3。其化学性质为：在空气中能逐渐吸收二氧化碳，加热到300～500℃时变为四氧化三铅，温度再高时变为一氧化铅。有毒。密陀僧主要用作颜料铅白、制造铅皂、冶金助溶剂、油漆催干剂、陶瓷原料、橡胶硫化促进剂、杀虫剂，铅盐塑料稳定剂原料，铅玻璃工业原料，铅盐类工业的中间原料，少量用作中药和用于蓄电池工业，并用于制造防辐射橡胶制品。在本发明中，密陀僧的主要作用是促进橡胶硫化、稳定塑料。
2-叔丁基对甲酚，为白色针状结晶，不溶于水，能溶于醚、丙酮、苯和氯仿，有刺激性。分子式为C11H16O，分子量为164.25，熔点为50～52℃，沸点为244℃，闪点为105℃，折光率：1.4963，溶解度为0.1g/mL，化学结构式为：

2-叔丁基对甲酚为重要的化工中间体，是生产双酚类抗氧化剂、表面活性剂和紫外线吸收剂等的重要原料，也被广泛地应用于聚烯烃和聚氯乙烯等行业。此外，也作为抗氧化剂使用，广泛应用于化学助剂、塑料、橡胶、石油产品、合成材料等生产领域。在本发明中，2-叔丁基对甲酚主要用作橡胶、塑料、石油类产品的化学助剂。
2-甲基-6-叔丁基苯酚(2,6-ditert-butyl-4-methylphenol，简称BHT),中文名：抗氧剂264，化学式：C15H24O，分子量：220.36。2-甲基-6-叔丁基苯酚是一种多用途的不着色抗氧化剂、自由基捕捉剂、医药中间体。广泛应用于食品、橡胶、医药行业，可作为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯、ABS树脂、丁基橡胶等橡胶及乳胶的抗氧剂，能有效地抑制空气氧化、热降解及铜害等，具有不污染、不着色、熔点低等特点。在本发明中，2-叔丁基对甲酚主要用作橡胶、塑料、石油类产品的化学助剂。
苯并三氮唑(1,2,3-Benzotriazole)，又名1，2，3-苯并三氮唑，别名苯并三氮杂茂、连三氮茚，化学结构式为：

苯并三氮唑外观呈白色或微黄色针状结晶，露置空气中逐渐氧化变红，溶于醇、苯、甲苯和三氯甲烷，微溶于水。苯并三氮唑是一个有价值的化合物，广泛用于化学领域的各个方面，如作为合成洗涤剂的防腐剂、抗凝剂、润滑剂、制备染料中间体、植物生长调节剂、照相防雾剂等。在本发明中， 苯并三氮唑主要用作橡胶、塑料、石油类产品的化学助剂。
本发明的垃圾无氧碳化处理催化剂由以上4种原料按比例组成，能对垃圾中的石油产品起到催化的效果。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，由如下重量份数的组份组成：密陀僧9份、2-叔丁基对甲酚2份、2-甲基-6-叔丁基苯酚1.5份和苯并三氮唑1.5份
一种垃圾无氧碳化处理催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)制粉：取密陀僧、2-叔丁基对甲酚、2-甲基-6-叔丁基苯酚和苯并三氮唑，分别研磨制成粉末；
(2)取重量份数为8～10份的步骤(1)所得密陀僧粉末，加入重量份数为1～3份的步骤(1)所得2-叔丁基对甲酚粉末，搅拌均匀后，再加入重量份数为1～2份的步骤(1)所得2-甲基-6-叔丁基苯酚粉末，搅拌均匀后，再加入重量份数为1～2份的步骤(1)所得苯并三氮唑粉末，搅拌均匀后，即得所述垃圾无氧碳化处理催化剂。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，步骤(1)所述密陀僧、2-叔丁基对甲酚、2-甲基-6-叔丁基苯酚和苯并三氮唑均为结晶体，所述研磨制成的粉末的粒径为300目。
进一步，步骤(2)所述密陀僧粉末的重量份数为9份，所述2-叔丁基对甲酚粉末的重量份数为2份，所述2-甲基-6-叔丁基苯酚粉末的重量份数为1.5份，所述苯并三氮唑粉末的重量份数为1.5份。
一种如上所述的催化剂在垃圾无氧碳化处理中的应用。
一种垃圾无氧碳化的处理方法，包括如下步骤：向垃圾中加入如上所述的催化剂，混合后即可。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述加入催化剂的量为垃圾质量的0.5～2‰。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的催化剂能将垃圾中的塑料制品、橡胶制品、尼龙薄膜制品等各种可还原成原油的物质汽化，实现垃圾减量化90％以上，而且还能提取出燃料产品，创造了经济效益，全面实现了垃圾处理的“资源化、无害化、减量化”。
(2)本发明解决了生活垃圾碳化处理过程中不同物质组分需要不同的分解温度和时间的问题，使出油物质充分汽化，提高了出油率，实现了这些物质组分的同步分解，这样可以实现提取燃料的目的，使得生活垃圾无氧碳化处理具有可行性。
(3)本发明的催化剂制备方法简单、应用广泛、使用方便、成本低、适合规模化生产。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
(1)制粉：取密陀僧结晶体、2-叔丁基对甲酚结晶体、2-甲基-6-叔丁基苯酚结晶体和苯并三氮唑结晶体，分别研磨制成粒径为300目的粉末；
(2)取8kg的步骤(1)所得密陀僧粉末，加入1kg的步骤(1)所得2-叔丁基对甲酚粉末，搅拌均匀后，再加入2kg的步骤(1)所得2-甲基-6-叔丁基苯酚粉末，搅拌均匀后，再加入1kg的步骤(1)所得苯并三氮唑粉末，搅拌均匀后，即得所述垃圾无氧碳化处理催化剂；
(3)将垃圾送至垃圾热解炉，然后加入步骤(2)所得的催化剂，所述加入催化剂的量为垃圾质量的0.5‰，混合后，启动垃圾热解炉及其它相关装置，控制温度在230～800℃，经过18小时，即得到垃圾质量1％的碳渣和1％的燃料油，碳渣用于制砖或堆肥处理，燃料油提纯后再利用。
实施例2：
(1)制粉：取密陀僧结晶体、2-叔丁基对甲酚结晶体、2-甲基-6-叔丁基苯酚结晶体和苯并三氮唑结晶体，分别研磨制成粒径为300目的粉末；
(2)取9kg的步骤(1)所得密陀僧粉末，加入2kg的步骤(1)所得2-叔丁基对甲酚粉末，搅拌均匀后，再加入1.5kg的步骤(1)所得2-甲基-6-叔丁基苯酚粉末，搅拌均匀后，再加入1.5kg的步骤(1)所得苯并三氮唑粉末，搅拌均匀后，即得所述垃圾无氧碳化处理催化剂；
(3)将垃圾送至垃圾热解炉，然后加入步骤(2)所得的催化剂，所述加入催化剂的量为垃圾质量1‰，混合后，启动垃圾热解炉及其它相关装置，控制温度在230～800℃，经过15小时，即得到垃圾质量1％的碳渣和1％的燃料油，碳渣用于制砖或堆肥处理，燃料油提纯后再利用。
实施例3：
(1)取密陀僧结晶体、2-叔丁基对甲酚结晶体、2-甲基-6-叔丁基苯酚结晶体和苯并三氮唑结晶体，分别研磨制成粒径为300目的粉末；
(2)取10kg的步骤(1)所得密陀僧粉末，加入3kg的步骤(1)所得2-叔丁基对甲酚粉末，搅拌均匀后，再加入1kg的步骤(1)所得2-甲基-6-叔丁基苯酚粉末，搅拌均匀后，再加入2kg的步骤(1)所得苯并三氮唑粉末，搅拌均匀后，即得所述垃圾无氧碳化处理催化剂；
(3)将垃圾送至垃圾热解炉，然后加入步骤(2)所得的催化剂，所述加入催化剂的量为垃圾质量的2‰，混合后，启动垃圾热解炉及其它相关装置，控制温度在230～800℃，经过12小时，即得到垃圾质量1％的碳渣和1％的燃料油，碳渣用于制砖或堆肥处理，燃料油提纯后再利用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。