一种废聚乙烯制品催化重整制富氢合成气的方法

本发明属于废塑料回收再利用，涉及一种废弃聚乙烯制品催化重整制富氢合成气的方法。

背景技术：

1、社会快速发展使得塑料制品的用量越来越大，从而导致废塑料的数量持续增加。传统的废塑料回收方法存在相当大的局限性，对废塑料进行填埋会导致土壤及水资源污染，物理回收再利用方法存在处理量小、再生后的塑料制品依然会污染环境的问题。此外废塑料中聚乙烯制品占据废塑料消费量的三分之一，作为一种高氢碳比的废弃资源，有效利用废弃聚乙烯制品不仅可以缓解废塑料遗弃导致的环境问题，还可以实现资源的循环利用。

2、在诸多处理方式中，对废弃聚乙烯制品的热化学处理技术能够将其彻底分解，使其成为具有一定经济价值的化工原料或燃料。

3、热乎化学处理技术中，能量回收法即燃烧法是将废弃聚乙烯部分加入锅炉，进行焚烧发电或焚烧供热，但是此种方法会产生大量的二氧化碳；加氢裂化的主要产物为高饱和的液相产物，主要用作燃料油使用，但是加氢裂化需要较高的氢气压力条件下才能完成，对反应条件的要求较高，且催化剂一般均采用贵金属，生产成本较高。直接热解技术可以通过较高的温度直接将废聚烯烃转化为燃料油及燃料气，或其他化学品，而催化热解技术因为催化剂的加入，可以选择性的将废塑料转化为特定产物。马文迪在《加聚类废塑料化学回收技术的研究进展》一文中指出，直接热解技术存在热解产物组分复杂、碳数分布广泛，热解气产量较低，热解油难以直接利用的问题；王翠芳则在《废弃塑料的回收及高价值再利用》一文中指出，催化热解技术虽然可以显著缩小产物的碳数分布，提高产物选择性，但存在催化剂易结焦生成积碳，导致废塑料中的碳原子转化为一氧化碳的效率偏低的问题。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的缺陷，本发明目的在于提供一种废聚乙烯制品催化重整制富氢合成气的方法。对现有固定床反应器加装吊篮；使用浸渍法将质量分数10％-50％的ni、fe、co、mn等过渡金属按照原子摩尔比1:2的比例负载到惰性金属氧化物载体上，制得双活性金属催化剂，利用该催化剂对废弃聚乙烯制品在700-850℃条件下，进行水碳比0.95:1-4.75:1的水蒸气催化重整，制备富氢合成气。

2、本发明技术方案：

3、一种废聚乙烯制品催化重整制富氢合成气的方法，步骤如下：

4、(1)使用浸渍法制备双活性金属催化剂

5、首先，将惰性金属氧化物在空气氛围下850℃煅烧3小时并缓慢冷却至室温，得到老化后的惰性载体；将任意两种过渡金属硝酸盐水合物按照原子摩尔比1:2溶解于无水乙醇中，在60℃条件下缓慢加入老化后的载体并持续搅拌6小时；而后将混合物在85℃条件下干燥12小时，再将干燥后的混合物在空气氛围下900℃煅烧3小时，得到双活性金属催化剂；

6、(2)废聚乙烯制品催化重整制富氢合成气

7、在固定床反应器中加装吊篮；将双活性金属催化剂与废聚乙烯制品按照质量比1:10加入反应器，催化剂装入催化剂床层，废聚乙烯制品装入吊篮，进行催化重整，制备富氢合成气；其中催化重整是在n2氛围下以5℃/s的升温速率将催化剂床层升温到700-850℃，在催化剂床层达到预设温度后，将温度为300-450℃的水蒸气通入反应器，同时推动吊篮至加热区，使废聚乙烯制品快速进入加热区，保持30分钟，得到富氢合成气。

8、富氢合成气中，合成气选择性为70.53％-93.85％，氢气选择性为61.77％-68.6％。

9、所述惰性金属氧化物载体为氧化铝、氧化镁、铝酸镁、或氧化镁和铝酸镁的混合物，其粒径为100-120目。

10、所述的过渡金属硝酸盐水合物为fe(no3)3·3h2o、ni(no3)2·6h2o、co(no3)2·6h2o、cu(no3)2·3h2o。

11、所述废聚乙烯制品在95℃条件下干燥12小时，并且废聚乙烯制品与双活性金属催化剂的质量比为1:10。

12、反应体系中，水与碳摩尔比为h2o：c＝0.95:1-4.75:1。

13、本发明的有益效果：

14、1.引入水蒸气作为流化介质，发生水蒸气催化重整，使得合成气产量及选择性提高，h2产量最高达到3.45l/g，合成气选择性最高可达93.86％，h2产量比不通入水蒸气的催化热解过程最高增加了2.63l/g,气相产物中h2相对含量最高达到68.60％，废塑料碳转化率最高达到93.7％，与催化热解过程相比提升了35.5％。

15、2.预先快速升温催化剂床层及水蒸气，使废弃聚乙烯制品进入加热区即可发生催化重整，避免升温过程中废弃聚乙烯因受热液化而脱离加热区。较短的停留时间还避免了催化重整过程在制得富氢合成气的同时生成过多积碳。该方法还会产生部分富含芳烃的热解油，具有较高的经济价值。同时该方法制得的c2h4、c2h6及c3h6气体用于燃料气或化工原料也具有一定前景。

技术特征：

1.一种废聚乙烯制品催化重整制富氢合成气的方法，其特征在于，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的废聚乙烯制品催化重整制富氢合成气的方法，其特征在于，步骤(2)的反应体系中，水与碳摩尔比为h2o：c＝0.95:1-4.75:1。

3.根据权利要求1所述的废聚乙烯制品催化重整制富氢合成气的方法，其特征在于，所述惰性金属氧化物载体为氧化铝、氧化镁、铝酸镁、或氧化镁和铝酸镁的混合物，其粒径为100-120目。

4.根据权利要求1所述的废聚乙烯制品催化重整制富氢合成气的方法，其特征在于，所述的过渡金属硝酸盐水合物为fe(no3)3·3h2o、ni(no3)2·6h2o、

5.根据权利要求1所述的废聚乙烯制品催化重整制富氢合成气的方法，其特征在于，所述废聚乙烯制品在95℃条件下干燥12小时，并且废聚乙烯制品与ni/fe-ma催化剂的质量比为1:10。

技术总结本发明属于废塑料回收再利用技术领域，公开一种废聚乙烯制品催化重整制富氢合成气的方法，先将由合成水滑石高温煅烧得到的富MgAl<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;的载体，与Ni(NO)<subgt;2</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O和Fe(NO)<subgt;3</subgt;·9H<subgt;2</subgt;O溶液混合制备Ni/Fe‑MA催化剂；再将Ni/Fe‑MA催化剂装入反应器中部，将废聚乙烯装入反应器顶部，催化剂床层和水蒸气达到预定温度后，将废塑料推入反应器中部同时通入水蒸气，进行催化重整制富氢合成气。本发明解决了废聚乙烯单独热解裂解程度低，产氢效率低，合成气选择性低的问题。同时焦油中富含芳烃，使得焦油也具有较高的经济价值。该方法以废弃聚乙烯为原料制备富氢合成气对于大批量处理废弃聚乙烯具有很广泛的应用前景。技术研发人员：张秋民,孙成涛,韩劭杰,何德民,关珺受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11