[发明专利]热化学转化具有高分子量的有机废弃物的方法

说明书

本发明涉及一种将具有高分子量的有机废弃物热化学转化为液体可燃物和燃料的方法。

具有高分子量的有机废弃物是由长链或交联的分子构成的固体含烃物或其混合物。这类废弃物质可能是如塑料或橡胶废弃物、矿物油处理中的蒸馏残渣、各种类型的重油、沥青、沥青砂或油页岩。

在矿物油处理中催化裂化具有高分子量的烃的传统方法是所谓的FCC方法(流体催化裂化)。其中，反应在循环气体流化床上进行。螺旋上升的催化剂在操作温度接近500℃的裂解反应器和操作温度接近700℃的再生器之间来回移动。在FCC方法中，在螺旋上升的催化剂颗粒上进行裂解反应之前，析出物需要在反应器中完全蒸发。对于具有高分子量的不容易蒸发的固体物质如塑料、沥青砂或油页岩，这是不可能的。

如果裂解反应在低于500℃的低温下进行，那么具有高分子量的原始物质不再能完全蒸发，以至于它们主要以液相存在。然而，因为较低的温度，必须使用活性非常高的催化剂来增加反应速度。当在液相反应中使用裂解催化剂如沸石时，关键的问题是它们迅速失去活性，特别是因为碳化反应。这导致高的操作成本。

DE 10215679B4描述了将具有高分子量的物质热转化为液体燃料，其中裂解反应在350-500℃的温度下在重油液相中进行。通过使用具有氢化或还原性能的气流，利用重油馏分的自催化作用。然而，使用氢化或还原性气体通常需要增加操作压力至高于5MPa。另外，需要注意的是，当使用DE 10215679B4时，为了防止容器、管线以及加热元件焦化，反应温度需要足够的低。根据具体的物质，临界焦化温度预计高于400-450℃。为避免焦化，反应温度，特别是在加热壁处的反应温度，必须低于各自的临界焦化温度。对于温度稳定的烃如塑料和橡胶废弃物、矿物油处理中的蒸馏残渣、沥青砂或油页岩，依照DE 10215679B4的方法需要更高的反应温度，因此对这些烃，焦化反应将严重破坏技术实施。DE 10215679B4的另一个缺点是需要很快速地加热原材料。因此，过高的壁温导致焦化通常是不可避免的。

上述烃在特定程度上对过高反应温度的需要也适用于热解方法，即纯热分解，因此对于这一过程，严重的问题也是不期望的焦化反应。

在DE 19742266A1中，描述了一种方法，其中塑料同生物质一起能被转化为原油：在这个方法中，水被用作辅助试剂(水解)。因此，在这个特定过程中，需要接近20MPa的高压。

因此需要有一种裂解上述烃类的方法，该方法在大气压下进行，不需要加入任何催化剂，并且能在低于临界焦化温度的反应温度下进行，其中具有高分子量的有机废弃物，也包括非挥发性组分，能够转化为液体可燃物和燃料。

这一目的通过权利要求所描述的方法来达到。从属权利要求代表了本发明优选的实施方案。

依照本发明的方法包括以下步骤：

●将具有高分子量的有机废弃物加热到250℃-500℃，优选280℃-420℃，特别优选300℃-400℃的温度，同时在反应器或者随后转移至反应器的预加热器中避免超过临界焦化温度，

●加入生物质，

●冷却释放出的气体-蒸汽相，冷凝蒸汽馏分并收集产生的多个冷凝相，

●沉积并分离所产生的多个相。

本发明的方法的步骤不需要一步接着一步单独进行。这些步骤可以不同的顺序进行或者特别是以连续操作的模式同时进行。

所述具有高分子量的有机废弃物和所述生物质需要以小份进料。或者，如果废弃物是可熔的，可在熔融态下处理。已经证实在转化过程中搅拌或者以不同的方式保持物质移动是有利的。

其它的方法是例如，如果反应器中的物质是固体混合物，使用惰性流化气体，或者如果反应器中的废弃物是熔融的流动态，使用循环泵。

令人惊讶的是，发现如果加入生物质，具有高分子量的有机废弃物，也包含不挥发性组分，可以在不添加催化剂的情况下在常压下在高达500℃但低于焦化温度的温度下即多数情况低于400℃下转化为液体可燃物和燃料。通常，意外地发现在低于350℃的低反应温度下，在不加入生物质的情况下大部分的具有高分子量的有机废弃物根本不会分解。

生物质是指生物来源的物质。这些物质可以是包含烃的所有物质，例如纤维素、淀粉和糖，如麦秆、芒属、玉米、绿色废物、木材等，以及污染的木材，以及所有含蛋白质的物质，如干污泥、港口浮油、肉和骨粉等。总之，原则上几乎所有的植物和动物材料及其加工产物如纸张、硬纸盒、食物残渣或皮革都是合适的。令人吃惊的是，生物质甚至可以被例如重金属、硫或卤素污染。