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近年来,随着环境问题和能源危机的出现,废弃聚烯烃裂解制备油品的研究不断吸引着人们关注。聚烯烃塑料的直接裂解得到的液体产物由于质量低劣,从而限制了使用范围。目前主要有两种改进工艺:催化裂解和对裂解油品催化改性。本论文首次采用低温热解制蜡-加氢转化二段工艺法对废弃聚烯烃塑料制备高附加值产品进行研究。
首先,以聚乙烯、聚丙烯、以及混合聚烯烃为原料,通过反应釜内的低温热裂解实验,建立了聚烯烃塑料裂解四集总动力学模型,并计算出聚乙烯、聚丙烯和混合聚烯烃的活化能分别为217.66,214.24和178.49 kJ·mol-1,优化了低温裂解制备裂解蜡的工艺条件,还考察了常用添加剂对聚烯烃塑料裂解的影响,实验结果表明聚烯烃塑料低温热裂解制备裂解蜡的工艺路线,可以有效减缓废弃塑料裂解结焦问题和裂解过程中能耗过高的问题。
其次,利用长链烯烃和聚烯烃裂解蜡为原料,对加氢异构工艺进行优化,制备出不同金属(pt,Ni)负载在分子筛(ZSM-5、Beta、SAPO-11和MCM-41)的双功能催化剂,并采用XRD、TPR、SEM和BET等方法对催化剂进行表征,金属的负载并没有破坏分子筛的晶体结构。实验表明金属性和分子筛酸性之间的平衡对原料的加氢裂化/异构化和加氢饱和反应具有很大影响,进一步探讨正构烷烃和烯烃的加氢裂化/异构化反应机理的不同,以及确定了最佳的反应温度、金属位活性和分子筛酸性等加氢工艺条件。
最后,通过结合聚烯烃裂解的最佳工艺和聚烯烃裂解蜡的最佳加氢工艺,以真实的聚烯烃废弃塑料制备高附加值产品的研究。先是废弃聚烯烃塑料在653 K的温度下进行热裂解,反应时间为60 min,然后将收集到的废弃聚烯烃塑料裂解蜡进行加氢实验,通过对加氢反应温度、催化剂的用量等工艺条件的考察,最终确定加氢反应温度为648 K时,混合催化剂中Ni/HMCM-41与ZSM-5的质量配比为5:3时,得到了最佳的实验结果。以废弃聚烯烃塑料为原料,可获得的裂解气收率为34.1%,汽油收率为27.1%,柴油收率为23.5%,润滑油的收率为15.3%,其中,柴油的凝点和润滑油的倾点可分别达到-31和14℃,润滑油的粘度指数为167,达到APIⅢ类润滑油基础油的粘度指数要求。