[发明专利]通过利用白云石催化剂从废塑料材料产生燃料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在低温和压力条件下利用非常低成本的催化剂通过催化裂化由热解过程(工艺)获得的塑料衍生液体而产生石脑油和瓦斯(气)油的方法(工艺)。

背景技术

废塑料的总量在逐年增加。然而，大多数的塑料不能在填埋地快速降解，成为垃圾中的主要废物。此外，通过焚化处理废塑料不环保，会产生二氧化碳和其它温室气体排放，尽管焚化可以产生能量。此外，焚化塑料仍存在一些缺点，例如高投入和维护成本。分解废塑料以产生能量和有用的气体产物的另一方法是气化。不过，传统气化工艺释放焦油、重金属、卤素和碱性化合物等，并导致环境问题。另一种看起来有希望的利用废塑料的尝试是热解废塑料，产生重油和烯烃的碳氢化合物的混合物。

本发明的一些发明人先前提出了一种环境可接受的方法(工艺)，用于处理含有无机物质的废弃塑料材料与含有粉末铝硅酸盐的材料混合以产生合成气体、还原气体、或燃油(美国专利5,656,042)。美国专利公开No.2007/0173673披露了一种通过利用颗粒状FCC催化剂催化裂化废塑料的方法和催化裂化废塑料的装置。国际申请No.PCT/IN2004/000366披露了一种制备用于催化裂化废塑料的含有八面沸石、拟薄水铝石氧化铝、聚胺硅酸盐、高岭土的催化剂的方法。此外，美国专利公开No.2003/0019789提出了开发一种将废塑料材料转换成汽油、煤油和柴油成分(馏分)的方法。EP 0535253描述了一种通过在约280℃的低温下裂化橡胶和废塑料产生燃料油和气体的方法。EP 0535253披露了一种被进一步过滤、冷凝和馏分成轻油、重油和气体的气体产物。此外，它披露了一种由20％按重量计的CaO、50％按重量计的Ni，30％按重量计的XT-10构成的催化剂，其中XT-10是白云石、辉长岩(garbbro)、微斜长石、白云母、电气石、滑石、石灰岩等或陶(瓷)土中的一种或多种的混合物。

在白云石矿存在的情况下使用铁矾土的类似方法披露于美国专利4,224,140中，其中通过利用铁矾土或含铁矾土的催化剂催化裂化重油来产生裂化的蒸馏物和富氢气体。美国专利4,298,460披露了一种用于处理含硫重油的方法，包括催化裂化含硫重油以产生裂化的蒸馏物和氢。美国专利4,325,812披露了一种通过利用在存在白云石矿的情况下含至少30％按重量计的Fe的催化剂将重质烃裂化成轻油并且产生氢的方法。不过，没有一种所述的方法是有效的并且都涉及高成本。并且，在本发明之前，没有一种方法将白云石本身用作催化裂化催化剂，用于将从废塑料得到的重油裂化成轻质和重质石脑油。

本发明的发明人发现，如果白云石在被用于反应之前在900℃之上的温度煅烧，白云石本身能够充当主要催化剂。

发明内容

本发明的一个主要目的是提供一种通过在工作温度低于320℃下利用非常低成本的白云石矿催化剂产生主要包括轻质和重质石脑油的高质量燃料用油的方法。

本发明的另一目的是提供一种通过利用环保工艺在低工作温度下处理大量废塑料的方法。例如，很难在低于450℃的温度下分解聚乙烯，并且产生大量的分解残留物。然而，本发明的技术可以解决前述问题并且提供在低于400℃的温度下以高反应效率来分解聚乙烯，一种难以分解的直链分子。

因此，本发明涉及一种通过利用白云石催化剂从废塑料材料产生燃料的方法，包括：(a)对所述废塑料材料进行热解以产生用于裂化的液体材料；和(b)将所述液体材料与白云石催化剂混合，所述白云石催化剂通过在900℃或更高的温度下煅烧天然矿白云石来制备，并且在混合的同时在反应器中在约300℃到约500℃的温度下裂化所述液体材料，以便与白云石催化剂接触的所述液体材料被分解和气化。

具体实施方式

本发明的原理特征是将煅烧的白云石催化剂用于催化裂化由热解工艺得到的废塑料液体，以产生主要包括轻质和重质石脑油和气(瓦斯)油的高质量燃料用油。

在本发明中，通过在900℃或更高的温度下热处理或煅烧天然矿白云石来制备白云石催化剂。热处理的持续时间优选从2小时到约12小时，更优选从约4小时到约6小时。超过6小时的热处理或煅烧不会影响裂化反应。不过，较长的煅烧时间导致高能耗。煅烧的适当温度可以在从约900℃到约1200℃的范围，优选从约900℃到约1000℃。将煅烧温度增加至1000℃以上不会影响催化活性的效率。可以在空气或氮气条件下进行天然矿白云石的煅烧。