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热裂解:“白色污染”产生“绿色效益”
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作者: 韩德奇 薛竞飞 肖旭慧   吴天亚 宋向秋   2011-12-28

    “白色污染”是人们对塑料垃圾的形象称呼。

    对于废旧塑料,人们通常的处理办法是土埋和焚烧。土埋浪费大量的土地,焚烧则会产生大量的二氧化碳及其他对环境有害的氮、硫、磷、卤素等化合物,助长了温室效应和酸雨的形成。

    为了保护环境,保护人类赖以生存的家园,科技人员知难而进,另辟蹊径向白色污染开战,一些新型废弃塑料的处理方法应运而生。通过热裂解废弃解塑料来制取各种有用物质与能源的处理方法便是其中的佼佼者。

    塑料裂解制蜡

    塑料裂解制取蜡,首先要将废弃的塑料在适当的温度下加热使其熔化为低分子的流体物,然后再将去除杂质的低分子流体物进一步加热裂解并将裂解蒸出物分馏,得到有用的固体蜡。

    处理废塑料的工艺方法主要包括热熔、裂解和分馏三道工序,所处理的废塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚酯等。为了便于控制各工序的工艺条件与产品的规范,应对废塑料先分类并分别进行处理。

    在处理废塑料的工艺方法中,热熔工序是在热熔炉内进行的,热熔温度因塑料的种类不同而异,一般为200~600℃。废塑料经热熔后成为低分子流体物,经热熔并除去塑料杂质后的低分子流体物在裂解釜中进一步加热裂解,裂解温度也因废塑料的种类不同而异,一般为600~800℃。分馏工序是利用分馏器来进行的,裂解蒸出物经分馏后可得到液体溶剂或固体蜡。冷凝温度可根据溶剂的种类和对产品规格的要求来进行选择和控制,一般可分为100℃以下,100~300℃和300~500℃3个冷凝温度区间。分馏后所得到的液体溶剂可根据其具体用途加以复制。

    塑料裂解提取汽柴油

    研究者一致认为,利用废塑料生产汽油、柴油是一种较好的回收塑料的方法。自上世纪70年代至今,科研人员付出了大量的精力进行利用废旧塑料生产汽、柴油的研究。仅我国这方面的专利就有100多个。

    废塑料低成本高收率炼油法是其中一种重要的炼制技术。这种技术是将回收的废聚乙烯、废聚丙烯、废聚苯烯、废聚酯等废塑料加入适量的废机油或是由炼出的减压馏分、重油,在焦化釜中有压或常压下进行焦化裂解,在裂解出的油气引入分馏塔,分馏出轻质油。废塑料与加入其中的废机油或石油炼出的减压馏分、重油的最佳重量比为2∶1。

    与现有的技术相比,处理废塑料的工艺方法简单易行,不需要催化剂,而且成本较低。由于可加入的废机油本身也参加裂解,因此废塑料与废机油等的重量比要求不严格;设备投资少,炼出的轻质油收率高,可以达到物料总重量的90%左右。

    塑料裂解制取

    高级α-烯烃

    高级α-烯烃是一种重要的化工原料,可用于生产可生物降解的高效表面活性剂以及合成α-烯烃润滑油、增塑剂、矿石浮选剂等等。

    目前生产高级α-烯烃的工业方法主要有乙烯聚合法和石蜡裂解法两种。而塑料裂解制取高级α-烯烃是一种新型方法。它既提供了一种废塑料的高价值处理方法,以彻底解决一部分的“白色污染”的危害,变废为宝,同时也为α高级烯烃的生产开辟了一条新的途径。

    通用塑料主要以聚乙烯和聚丙烯等塑料为主。根据高分子材料的裂解原理,分子量越高越不稳定,因而高分子的塑料比低分子的石蜡更容易裂解,裂解得更完全,残留物极少,裂解的工艺更简单容易控制。

    为了防止支链化芳构化,塑料生产高级α-烯烃的工艺要求停留时间短、烃分压低。因此其主要工艺的方案为:先将废弃的聚乙烯和聚丙烯塑料在200℃左右加热溶解,溶液为少量的高级α-烯烃,溶解后导入催化裂解炉,釜内温度为400~500℃,并在釜底通入适量的水蒸气,一方面起到搅拌的作用,一方面可以降解α-烯烃的分压,使废塑料溶液充分裂解汽化,气体在釜内催化剂的作用下进一步的裂解,转化为c1~c18的高级α-烯烃。裂解气迅速导出后经过急冷、分馏、冷却后得到液态的高级α-烯烃。分馏后的残余液送回溶解釜作溶剂用,不凝气体压缩后作燃料存储。

    与其他塑料裂解技术相比,塑料裂解制取高级α-烯烃优势明显。与废塑料制燃油类技术比,生产的α高级烯烃价值更高,工艺及设备简单,工艺条件易于控制,投资少,反应速度快,转化率高达70%以上,热效率高,成本低。与传统工艺生产高级α-烯烃相比,该方法以塑料为原料,来源广,成本低,也彻底解决了大部分的白色污染,社会环保价值高,且全封闭生产,生产过程无有害废弃物的排放,是一项绿色工程。

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