一种利用废塑料制备轻质燃料的方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用废塑料制备轻质燃料的方法，包括以下步骤：S1：对废塑料进行解聚液化，得到塑料解聚液化油；S2：选择液态和半液态的植物油脚，对其进行预热处理，预热温度为70～90℃；S3：将所述塑料解聚液化油和经过预热处理后的植物油脚泵送入原料油预处理炉中进行预处理，同时经过冷凝回收罐进行冷凝回收；S4：对经过冷凝回收的油脂输入到预酯反应罐中进行酯化反应，然后将预酯反应罐液体中含酸水分排出，然后进行脱水处理；S5：进行精馏处理，同时经水冷换热器冷凝后，形成轻质燃料成品。本发明的有益效果在于，提供一种节能环保、工艺流程简单且经济效益和社会效益好的利用废塑料制备轻质燃料的方法。
【专利说明】一种利用废塑料制备轻质燃料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用废塑料制备轻质燃料的方法。
【背景技术】
[0002]人类生产生活排放的废弃生物质资源非常丰富，包括生活垃圾、餐厨垃圾、植物垃圾、产业垃圾等等，这些垃圾中包含各种能量型物资，如废塑料、植物油渣、石化油渣、植物废弃物和植物加工废弃物等等。由于这些成分中含有比较高的能量，如果不能妥善回收利用，则因这些成分主要以有机生物质分子结构存在，在自然消解中将产生严重的污染物污染空气环境和水环境，污染土地资源，破坏人类生存空间，严重的，还将直接威胁人类生存的安全与健康；如果能够妥善回收利用，将给人类带来可观的能源产品，如水合催化废塑料、植物油脚、废机油等含能有机废物炼制再生轻质燃料、生物油料、燃气、电能等，是有益于人类生存和发展的朝阳产业。
[0003]2010年，全国石油产品总消耗量约3亿吨，其中车用燃料油和渔船用油消耗量约13000万吨。在国家战略性新兴产业计划中和国家石油替代战略计划中规定，至2030年，国内石油燃料油消耗中将有30%使用再生轻质醇烃复合燃料替代，根据目前国内车、船用燃料油消耗和燃料油消耗量发展趋势估算，至2030年，国内至少形成5000万吨左右的再生轻质醇烃复合燃料(包括生物柴油及生物汽油等)的市场需求。
【发明内容】
[0004]鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷，本发明提供一种利用废塑料制备轻质燃料的方法。
[0005]本发明提供了一种利用废塑料制备轻质燃料的方法，包括以下步骤:
[0006]S1:对废塑料采用低温催化溶解方法进行解聚液化，得到塑料解聚液化油；
[0007]S2:选择液态和半液态的植物油脚，对其进行预热处理，预热温度为70?90°C ;
[0008]S3:将所述塑料解聚液化油和经过预热处理后的植物油脚泵送入原料油预处理炉中进行预处理，同时经过冷凝回收罐进行冷凝回收，所述塑料解聚液化油和所述植物油脚的质量百分比为70?90: 10?30;
[0009]S4:对经过冷凝回收的油脂输入到预酯反应罐中进行酯化反应，酯化反应的时间为1.8?2.2小时，然后静置0.2?0.8小时后将预酯反应罐液体中含酸水分排出，然后进行脱水处理，同时将经过脱水处理后的油分输入到精馏储备罐中进行储存；
[0010]S5:将储存在精馏储备罐中的油分输入到精馏塔中进行精馏处理，精馏处理的温度为340?380°C，同时将经过精馏处理后的油分经过不锈钢箔水冷换热器冷凝后，形成轻质燃料成品。
[0011]可选的，所述步骤SI中对废塑料采用低温催化溶解方法进行解聚液化的具体步骤为:将废塑料粉碎后送入溶解罐中，添加酸催化剂和溶剂，在110°C条件下进行解聚溶解，同时将溶解液体输送至蒸发罐中进行蒸发以回收溶剂形成液化油，再对液化油进行过滤处理。
[0012]可选的，所述溶剂为苯酚、乙醚、氯苯、四氯化碳中的一种或多种。
[0013]可选的，所述步骤S3中预处理具体步骤为:将塑料解聚液化油与植物油脚在保持一定温度条件下，以泵送入预处理炉中加热，在200°C以内完成水分蒸发，从220?380°C之间蒸发的油蒸汽与水蒸气在催化剂的作用下发生水合催化反应。
[0014]可选的，所述步骤S3中所述塑料解聚液化油和所述植物油脚的质量百分比为
80: 20ο
[0015]可选的，所述步骤S4中经过冷凝回收的油脂输入到预酯反应罐中进行酯化反应的具体步骤为:水合催化反应后，冷凝回收的油脂成分中饱和脂肪酸含量约为4?5%，将冷凝回收的油分输入到预酯反应罐中，在70?75°C条件下，向预酯反应罐中输入甲醇和浓度98%的浓硫酸，甲醇输入量为饱和脂肪酸含量的30%，浓硫酸加入量为甲醇总量的3%。
[0016]可选的，所述步骤S4中脱水处理的具体步骤为:向预脂反应罐中冲入自来水清洗液体中的酸成分，反复清洗2?4遍，每次用水量是酯化反应油品总量的10?20 %，每次清洗完毕后静置10?20分钟，然后使用分液漏斗将含酸水分排出。
[0017]可选的，所述步骤S4中酯化反应的时间为2小时，然后静置0.5小时后将预酯反应罐液体中含酸水分排出。
[0018]可选的，所述步骤S5中精馏处理的温度为360 °C。
[0019]本发明具有以下优点和有益效果:本发明提供一种利用废塑料制备轻质燃料的方法，该方法的工艺技术先进适用，公用工程方案满足生产要求，由该方法制备的轻质燃料产品市场广阔，同时可产生良好的经济济效益和社会效益；同时，该利用废塑料制备轻质燃料的方法，在生产个过程中对环境不会产生污染，节能环保。
【具体实施方式】
[0020]下面将参照具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0021]本发明实施例的一种利用废塑料制备轻质燃料的方法，包括以下步骤:S1:对废塑料采用低温催化溶解方法进行解聚液化，得到塑料解聚液化油；S2:选择液态和半液态的植物油脚，对其进行预热处理，预热温度为70?90°C;S3:将所述塑料解聚液化油和经过预热处理后的植物油脚泵送入原料油预处理炉中进行预处理，同时经过冷凝回收罐进行冷凝回收，所述塑料解聚液化油和所述植物油脚的质量百分比为70?90: 10?30;S4:对经过冷凝回收的油脂输入到预酯反应罐中进行酯化反应，酯化反应的时间为1.8?2.2小时，然后静置0.2?0.8小时后将预酯反应罐液体中含酸水分排出，然后进行脱水处理，同时将经过脱水处理后的油分输入到精馏储备罐中进行储存；S5:将储存在精馏储备罐中的油分输入到精馏塔中进行精馏处理，精馏处理的温度为340?380°C，同时将经过精馏处理后的油分经过不锈钢箔水冷换热器冷凝后，形成轻质燃料成品。
[0022]本发明实施例提供的一种利用废塑料制备轻质燃料的方法，具体包括以下工艺流程:
[0023]第一:原料油制备
[0024]I)、塑料解聚液化
[0025]废塑料是石化产品，由各类烯烃聚合而成，因此要以废塑料为原料炼制轻质燃料油，需要将废塑料反向解聚液化；采用低温催化溶解手段完成废塑料的解聚液化，得到废塑料解聚液化油，然后与棕榈酸化油等植物油脚混合炼制轻质燃料，具体过程为:将废弃塑料粉碎后直接送入溶解罐中，使用酸催化剂和溶剂，在110°c条件下溶解，溶解率约80%，然后溶解液体输送到蒸发罐中蒸发回收溶剂，容积回收率为95%，蒸发过程使用减压蒸馏手段，蒸发过程中保持液体温度不低于100°C ;最后在液化油进入预处理炉之前对液化油进行过滤，滤出未液化的残渣，液化油直接进入预处理炉中，滤出的未液化残渣使用热解汽化工艺处理，生产可再生能源燃气；塑料液化使用的溶剂为复合溶剂，主要成分包括苯酚、乙醚、氯苯、四氯化碳等，使用酸催化剂和110°C的温度创造塑料解聚液化的基本环境，然后溶剂发挥解聚溶解的功能，促进塑料液化；塑料解聚液化油在本项目中的原料油中占80%比例。
[0026]2)、植物油脚
[0027]植物油脚中主要成分是饱和脂肪酸，是炼制生物柴油类目前主要选择棕榈酸化油，其形态在常温下有液态、半液态、膏体三种，我们主要选择液态和半液态两种，为了保持棕榈酸化油的流动性，需要给棕榈酸化油预热，预热温度为80°C，然后送入预处理炉中炼制；植物油脚(棕榈酸化油)在本实施例中的原料油质量百分比中占20%的比例。
[0028]第二、原料油热处理
原料油预处理的目的是缩短再生轻质燃料的分子链，从而降低产品的凝固点，生产出性能接近于-10号柴油的再生轻质燃料，从而解决国内现有的生物柴油凝固点高、难于用于车用燃料的问题；原料油由废塑料解聚液化产生的液化油和棕榈酸化油组成。塑料解聚液化油只完成了塑料的初步解聚，并不是完全的解聚，因此解聚后的液化油分子量相对比较大，分子链长度最高可达C40左右，炼油的目标是再生轻质燃料(生物柴油调和油)，而柴油的分子量长度最高为C18(重柴油)，因此必须对塑料解聚液化油进一步解聚断链，使解聚液化油的分子链长度全部转化为C17以下；选择的棕榈酸化油主要成分为饱和脂肪酸，其中游离脂肪酸平均含量达到85.9%，脂肪酸碳链长度达到C32左右。因此要使用棕榈酸化油炼制再生轻质燃料，首先需要把原料中的长链脂肪酸转化成16碳以下(酯化反应时增加一个酯基)；原料油的预处理主要通过水合催化反应，促使长碳链的成分转化为C17以下成分，以满足工艺目标。其中:水合催化反应工艺说明，塑料解聚液化油与棕榈酸化油在保持一定温度条件下，以泵送入预处理炉中加热，在200°C以内完成水分蒸发，从220?380°C之间蒸发的油蒸汽与水蒸气在催化剂的作用下发生水合催化反应，C17以上的成分转变成C16以下的成分，包括脂肪酸、脂肪醇、油酸、烯烃和烷烃。在冷凝回收过程中，产生了少量不可冷凝的可燃性气体，总比例约为原料油重量的5.3% ;冷凝回收的脂肪酸、脂肪醇、油酸、烷烃、烯烃液体总量约为原料油重量的80?84%，剩余10?14%成分蒸发残液，主要是由水合催化过程中伴生的缩合反应生成的高分子成分，可以作为工业重油；水合催化反应主要是在合适的温度条件下，在催化剂表面完成长分子链的分裂、氢转移等过程，并使少量的油、烃分子进一步缩和成更大的分子，并释放出多余的氢元素；水蒸气在水合催化反应中主要提供氢元素和羟基离子；反应过程中产生的燃气主要成分是丙烯、丁烯、丁烷等，直接用于生产使用，用途为燃烧生产水蒸气，不作为产品，而是整个反应过程中消耗的燃料；依据国家安全监管总局安监总厅管三函(2013) 136号文件《关于化学试验设备生产危险化学品安全许可等有关问题的复函》“生产中产生的危险化学品仅作为原料且不对外销售的，不属于需申领危险化学品安全生产许可证的范围”的指示，本项目生产过程中产生的燃气，仅用于生产中的辅助能源，不对外销售，因此符合本文件规定，不属于申请危险化学品安全生产许可证的范围；催化剂主要成分为镍盐和铬盐SZM型分子筛复合催化剂，以粉末冶金手段加工成多孔状颗粒，颗粒中的孔隙为300?500纳米，以保证通过的油气全部是17碳以下的分子链；18碳以上的分子链回流回裂解炉中；其中:饱和脂肪酸的催化反应方程式如下:
CH3.(CH2)n.C00H+H20-CH3.(CH2) l/3_l/2n.COOH+CnH2n+CnH2n+2 ；
塑料解聚液化油的催化反应式如下:
(CnH2n) ffl+H20-CxH2x+CxH2x0H+CxH2x+2，
其中，X小于17，反应在中温、常压和催化剂作用下完成，所有反应均发生在催化剂表面，水蒸气进入系统后靠进气压力直接冲入催化塔，反应条件温和，不构成裂解反应条件。在反应中，伴随缩合反应发生，生成副产品工业重油。催化剂在使用中逐步失效，一般失效时间为工作1.5万小时，失效后催化剂可以再生，再生手段为重新烧结，催化剂可以再生5次。
[0029]第三、酯化反应
[0030]催化反应后，冷凝回收的油脂成分中饱和脂肪酸含量约为4?5%，将冷凝回收的油分输入到预酯反应罐中，在70?75°C条件下，向预酯反应罐中输入甲醇和浓度98%的浓硫酸，甲醇输入量为饱和脂肪酸含量的30%，浓硫酸加入量为甲醇总量的3% ;反应方程式如下:
RC00H+CH30H — RC00CH3+H20。
该反应总时间约为2小时，反应完成后，脂肪fe甲醋含量约5%左右。反应完成后，将预脂反应罐中的液体静置半小时，然后使用分液漏斗将液体中含酸水分排出，然后向预脂反应罐中冲入自来水清洗液体中的酸成分，反复清洗3遍，每次用水量是酯化反应油品总量的15%，每次清洗完毕后静置15分钟，然后使用分液漏斗将含酸水分排出，作水处理，脱水后的油分输入到精馏储备罐中，准备精馏。
[0031]第四、精馏成品及生产工艺说明
[0032]将脱水后的油分从精馏储备罐中输入到精馏塔中精馏，精馏温度为360°C，精馏蒸发后，油气经过不锈钢箔水冷换热器冷凝后，成为再生轻质燃料成品，产量为精馏液体总量的95%以上；精馏剩余成分为精馏残液，可用于工业重油，产量为3%左右；冷凝中产生少量的不可冷凝的燃气，回收后供系统使用，产量不超过2% ;精馏塔中使用大量的不锈钢箔，目的在于给精馏油蒸汽降温，降低后续冷凝器的符合，提高冷凝效率。由于再生轻质燃料成品中主要成分是脂肪酸甲酯、脂肪醇、烷烃、烯烃以及油酸等成分，因此定性为醇烃复合燃料，也可以作为再生生物柴油调和油使用。依据国家安全监管总局安监总厅管三函(2012) 101号文件《关于车用燃料生产经营许可及监管问题的复函》“车用燃料(如甲醇汽油、醇烃复合燃料等)暂不纳入危险化学品安全生产行政许可范围的规定，本项目生产的产品属于再生“轻质醇烃复合车用燃料”，不属于危险化学品安全生产许可范围。
[0033]第五、催化剂制备
[0034]本发明实施例中使用的催化剂是钨钼镍钯盐SZM型分子筛复合催化剂，催化剂原理如下:
[0035]饱和脂肪酸蒸气在这种镍盐表面发生催化反应和缩合反应；为了保证反应后的产物能完全通过催化剂通道，而将缩合反应生成物拦截在加热罐中，需要按照SZM型分子筛催化剂结构将催化剂制作成孔隙为200-300纳米的多孔小球，制作工艺粉末冶金烧结法。制成的催化剂为直径5_左右的球体，最小孔隙约为200-300纳米；使用中，当催化剂孔隙被表面积碳覆盖达60%后，催化剂失效。催化剂失效后，将催化剂送入烧结炉中，在氧化气氛下，在800°C条件下烧结24小时，表面积碳氧化消失，催化剂再生恢复功能。
[0036]第六、工艺流程总结
[0037]本发明实施例中使用的原料油为废塑料解聚液化油和棕榈酸化油的混合物，添加比例按照4: I添加。在原料油预处理中使用水合催化手段实现原料油与水蒸气发生反应，冷凝后得到小分子链的脂肪酸、烷烃、脂肪醇、油酸、烯烃的混合物以及不可冷凝的可燃气体，后续炼制中将饱和脂肪酸与甲醇在催化剂作用下发生反应，生成脂肪酸甲酯，再经过精馏提炼生产出成再生轻质燃料成品，生产工艺流程如下:原料油-加热蒸发-输入水蒸气-油水蒸汽水合催化反应-冷凝回收-预酯反应-酸沉淀-水洗-脱水-精炼-冷凝回收-广品。
[0038]第七、产品的成分分布
[0039]本发明实施例生产的产品为再生轻质燃料，主要成分为C18以下脂肪酸甲酯、C17以下饱和脂肪酸、C17以下烃类、脂肪醇、油酸等，产品密度约为0.81-0.84g/ml之间，属于轻质醇烃复合燃料。
[0040]最后应说明的是:以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种利用废塑料制备轻质燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤: 51:对废塑料采用低温催化溶解方法进行解聚液化，得到塑料解聚液化油； 52:选择液态和半液态的植物油脚，对其进行预热处理，预热温度为70?90°C ； 53:将所述塑料解聚液化油和经过预热处理后的植物油脚泵送入原料油预处理炉中进行预处理，同时经过冷凝回收罐进行冷凝回收，所述塑料解聚液化油和所述植物油脚的质量百分比为70?90: 10?30; S4:对经过冷凝回收的油脂输入到预酯反应罐中进行酯化反应，酯化反应的时间为1.8?2.2小时，然后静置0.2?0.8小时后将预酯反应罐液体中含酸水分排出，然后进行脱水处理，同时将经过脱水处理后的油分输入到精馏储备罐中进行储存； S5:将储存在精馏储备罐中的油分输入到精馏塔中进行精馏处理，精馏处理的温度为340?380°C，同时将经过精馏处理后的油分经过不锈钢箔水冷换热器冷凝后，形成轻质燃料成品。
2.根据权利要求1所述的利用废塑料制备轻质燃料的方法，其特征在于，所述步骤SI中对废塑料采用低温催化溶解方法进行解聚液化的具体步骤为:将废塑料粉碎后送入溶解罐中，添加酸催化剂和溶剂，在110°C条件下进行解聚溶解，同时将溶解液体输送至蒸发罐中进行蒸发以回收溶剂形成液化油，再对液化油进行过滤处理。
3.根据权利要求2所述的利用废塑料制备轻质燃料的方法，其特征在于，所述溶剂为苯酚、乙醚、氯苯、四氯化碳中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的利用废塑料制备轻质燃料的方法，其特征在于，所述步骤S3中预处理具体步骤为:将塑料解聚液化油与植物油脚在保持一定温度条件下，以泵送入预处理炉中加热，在200°C以内完成水分蒸发，从220?380°C之间蒸发的油蒸汽与水蒸气在催化剂的作用下发生水合催化反应。
5.根据权利要求1所述的利用废塑料制备轻质燃料的方法，其特征在于，所述步骤S3中所述塑料解聚液化油和所述植物油脚的质量百分比为80: 20。
6.根据权利要求1所述的利用废塑料制备轻质燃料的方法，其特征在于，所述步骤S4中经过冷凝回收的油脂输入到预酯反应罐中进行酯化反应的具体步骤为:水合催化反应后，冷凝回收的油脂成分中饱和脂肪酸含量约为4?5%，将冷凝回收的油分输入到预酯反应罐中，在70?75°C条件下，向预酯反应罐中输入甲醇和浓度98%的浓硫酸，甲醇输入量为饱和脂肪酸含量的30%，浓硫酸加入量为甲醇总量的3%。
7.根据权利要求1所述的利用废塑料制备轻质燃料的方法，其特征在于，所述步骤S4中脱水处理的具体步骤为:向预脂反应罐中冲入自来水清洗液体中的酸成分，反复清洗2?4遍，每次用水量是酯化反应油品总量的10?20%，每次清洗完毕后静置10?20分钟，然后使用分液漏斗将含酸水分排出。
8.根据权利要求1所述的利用废塑料制备轻质燃料的方法，其特征在于，所述步骤S4中酯化反应的时间为2小时，然后静置0.5小时后将预酯反应罐液体中含酸水分排出。
9.根据权利要求1所述的利用废塑料制备轻质燃料的方法，其特征在于，所述步骤S5中精馏处理的温度为360 °C。
【文档编号】C10L1/02GK104449885SQ201410645074
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】赵天欣, 刘捷 申请人:西藏拜尔环保科技有限公司