废旧塑料催化裂解法及关键催化剂种类

催化裂解法是将催化剂和废旧塑料混合在一起迸行加热，废旧塑料发生裂解、氢转移、缩合等特征反应，得到相对分子质量和结构在一定范围的产品的方法。催化裂解过程中热裂解与催化裂解同时迸行，因此又称为一段法工艺。

1.催化裂解工艺流程

催化裂解原料采用PE、PP、PS（废塑料编织袋，废饮料瓶、桶，废泡沫塑料，废食品袋，废农用地膜等）。其生产工艺流程如图5-1所示。

图5-1 催化裂解生产工艺流程

2.催化剂种类

催化剂是催化裂解法的技术关键，也是制约废塑料裂解制燃料油技术发展的重要因素。到目前为止，还没有一种专门用于废塑料裂解的催化剂。废塑料催化裂解，不同的催化剂要求不同的工艺条件。目前国内外研究用的催化剂大致可分为金属类、金属氧化物类、金属氧化物-稀土类、分子筛类、沸石矿物类以及活性炭催化剂等。

国内所用的裂解催化剂如下：

1）按质量分数由50%～65%粉煤灰、15%～30%氯化铝、15%～30%硅酸铝、0.5%～2.0%钼酸铵组成的催化剂。

2）对ZSM-5沸石分子筛改性制得的DeLaZSM-5，或是以负载于载体上由至少两种金属氧化物为活性成分构成的催化剂。(www.xing528.com)

3）采用含活性白土和沸石为主要成分的催化剂。

4）Pd负载于Al₂O₃型催化剂。

5）镍或镍合金催化剂，废塑料熔体与其接触迸行脱氢同时分解。

在各种沸石对废塑料的催化裂解中，沸石的孔结构起着主导作用。其中具有大孔径的HY、Hβ沸石作催化剂时，催化活性较高；实际孔道尺寸较小的HZSM-5、HM沸石催化剂活性较低。沸石对生成积炭的影响大小如下：Hβ>HY>HZSM-5>HM。

复合催化剂比单一催化剂效果好，使用复合催化剂可得到更高的液体回收率和汽油产品产率。如用负载ZrO₂质量分数为18%的ZrO₂/Ti-MCM-45催化剂催化裂解聚丙烯（PP），在反应温度400℃、催化剂2rO₂/Ti-MCM-45：PP=0.02（质量比）和反应时间30min条件下，聚丙烯转化率可达95.2%，液体产物收率为83.6%。

目前我国已开发出一步法直接催化降解液态聚烯烃为气态烃油的工艺。该方法采用多次改性的Y型沸石和高活性氢氧化铝复合催化剂，直接催化降解液态的废聚烯烃塑料，所得气态烃油通过分馏而获得汽油和柴油，总收率为85%～87%。

3.催化裂解工艺的特点

催化裂解法的反应速率比较快，时间比较短，油品中得到的异构化、芳构化产物较热裂解多，工艺较为简单，投资较少。由于有催化剂存在，反应温度可降低几十摄氏度，产物分布相对易于控制，能得到品位高的汽油。但是反应过程中催化剂与原料混合在一起，废塑料中泥沙以及裂解产生的炭渣覆盖在催化剂表面，使之容易失去活性巨不易回收。

该法所需的设备主要有塑料切碎机、塑料挤出机、催化热裂解釜、分馏塔、油品储罐、各种阀门、控温仪表等，工艺较为简单，投资较少。但操作控制较困难，在实际生产中应用不多。