一种废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法

本发明涉及烯烃制备领域，具体涉及一种废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法。

背景技术：

1、乙烯、丙烯等轻质烯烃是重要的基础化工原料，在塑料、纺织、建筑、汽车、交通、医疗和能源等领域中具有广泛的用途。近年来，我国轻质烯烃下游产品发展迅速，导致轻质烯烃的需求量不断攀升。然而，目前轻质烯烃生产途径较为单一，主要依赖于石脑油裂解、煤气化重整等工艺，生产工艺流程复杂、碳排放量大，且受化石资源禀赋情况及国际油价影响巨大。因此，开辟一条高效低碳的轻质烯烃生产途径具有重要意义。

2、利用催化热解技术可以将废塑料转化为轻质烯烃化学品，从而实现轻质烯烃生产途径的拓展和废塑料的资源化利用，符合减污降碳协同增效的重大需求。然而，现有的废塑料催化热解技术存在轻质产物选择性差、催化剂积碳失活严重等技术瓶颈。因此，亟需研发一种从废塑料中高效定向回收轻质烯烃的方法。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的不足，本发明将废塑料催化热解过程分成引发解聚和分子筛催化两个阶段，在第一个阶段加入可产生大量活性自由基的引发剂，因此废塑料得以深度解聚形成短链烃；第二阶段，短链烃在催化剂孔道内快速扩散并高效断键，定向生成更多的轻质烯烃；同时由于活性自由基和分子筛酸性位之间的协同作用，抑制了烯烃产物的氢转移、芳构化、加成等二次反应，减少了烷烃、芳香烃、以及多环芳烃积碳前驱体的生成量，提高了催化剂的抗积碳性能。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、本发明第一方面提供了一种废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法，包括以下步骤：

4、(1)将分子筛催化剂煅烧、研磨、过筛后放入管式炉石英管的第二段反应区，通入载气，加热管式炉至热解温度；

5、(2)将引发剂注入管式炉第一段反应区进行分解，产生自由基；

6、(3)将废塑料原料送入管式炉的第一段反应区，初步热解产生的挥发分在引发剂分解产生的自由基的诱导作用下发生深度解聚；引发解聚的产物被载气吹至第二段反应区，在分子筛的催化作用下进一步催化裂解；

7、(4)引发解聚-分子筛催化两段反应后的产物通过冷却装置和气体净化装置，获得轻质烯烃气体；

8、所述分子筛催化剂包括hzsm-5；所述引发剂包括硝基丙烷。

9、优选地，步骤(1)中，所述hzsm-5催化剂的硅铝比为25-400；进一步优选地，所述hzsm-5催化剂的硅铝比为25-200。

10、优选地，所述废塑料原料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中的至少一种；在本发明的一些具体实施例中，所述废塑料原料为聚丙烯塑料。

11、优选地，步骤(1)中，所述煅烧的温度为500-600℃，煅烧的时间为3-5h。

12、优选地，步骤(1)中，所述载气的流速为0.05-0.15l/min。

13、优选地，步骤(1)中，待管式炉加热至热解温度后，持续通入载气至气流稳定；持续通入载气至气流稳定的时间不少于30min。

14、优选地，步骤(1)中，所述热解温度为500-600℃。热解温度不应超过600℃，热解温度过高会导致产气量下降。

15、优选地，步骤(2)中，所述引发剂的添加量为废塑料原料质量的1-10wt％。引发剂的添加量应为原料量的10wt％以下，但不应少于1％；引发剂注入速度视引发剂具体种类而定。

16、优选地，所述分子筛催化剂与废塑料原料的用量比为(0.5-2)：1。

17、优选地，步骤(3)中，在所述第二段反应区的反应时间为30-90min。

18、优选地，所述第一段反应区与第二段反应区应间隔30cm以上，即石英吊篮和石英床之间的间距要在30cm以上。

19、本发明第二方面提供了一种实施所述的废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法的系统，该系统包括依次相连的混气系统、竖式管式炉、冷却系统和过滤装置；所述竖式管式炉的石英管内部设有石英吊篮和石英床。

20、优选地，所述系统还包括注射泵，注射泵用于向石英管内注射引发剂，用进样针吸取引发剂，装入注射泵，再借由步进电机控制注射泵将引发剂匀速注入管式炉上反应区，保证引发剂在管式炉上反应区被完全分解，并产生自由基。

21、优选地，所述的冷却系统由保温箱和三个用胶管连接的长颈锥形瓶组成，锥形瓶置于保温箱内，同时箱子使用冰水混合物作为冷却介质，锥形瓶内无溶剂。

22、优选地，所述过滤装置由三个标准洗气瓶串联组成，第一个洗气瓶内装有甲醇，第二、第三个洗气瓶塞满干燥的棉花。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、本发明通过在催化热解废塑料的过程中加入可产生大量活性自由基的引发剂，活性自由基与废塑料挥发分进行均相反应，将大分子长链烃转化为小分子短链烃，使废塑料深度解聚，导致产气量增加；随后小分子短链烃在分子筛孔道内高效扩散并断键，并通过自由基与分子筛酸性位的协同作用阻碍氢转移、芳构化等二次反应，这个过程提高了轻质烯烃的产率同时减少了烷烃、芳香烃、多环芳烃等副产物，提高了催化剂抗积碳性能。

技术特征：

1.一种废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法，其特征在于，步骤(1)中，待管式炉加热至热解温度后，持续通入载气至气流稳定；持续通入载气至气流稳定的时间不少于30min。

6.根据权利要求1所述的废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法，其特征在于，

10.一种实施权利要求1-9任一项所述的废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法的系统，其特征在于，该系统包括依次相连的混气系统、竖式管式炉、冷却系统和过滤装置；所述竖式管式炉的石英管内部设有石英吊篮和石英床。

技术总结本发明公开了一种废塑料定向热解回收轻质烯烃单体的方法，包括以下步骤：将分子筛催化剂放入管式炉石英管第二段反应区，通入载气，加热管式炉至热解温度；将引发剂注入管式炉第一段反应区，分解产生自由基；将废塑料原料送入管式炉第一段反应区，初步热解产生的挥发分在引发剂分解产生的自由基的诱导作用下发生深度解聚，产物被载气吹至第二段反应区，在分子筛的催化作用下进一步裂解；所述引发剂包括硝基丙烷，所述分子筛催化剂包括HZSM‑5。本发明通过在催化热解废塑料的过程中加入可产生大量活性自由基的引发剂，使废塑料在催化反应前发生深度解聚，最终提高轻质烯烃气体产量，减少烷烃、芳香烃等副产物，并抑制催化剂积碳。技术研发人员：何峣,林晨,冯芷彤,莫子鸣,李楠鑫,梁金庭,胡昌淞,王铁军受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11