塑料垃圾热解炼油技术的研究进展

塑料垃圾热解炼油技术的研究进展

张驰

中国石油长庆石化分公司陕西咸阳712000

摘要：生产和生活中多采用填埋、焚烧、熔融再生的方式来处理塑料垃圾。受限于塑料垃圾本身化学属性和自身特性，导致填埋、焚烧、熔融都未能收到较好的治理效果。塑料垃圾热解炼油技术的不断发展，为塑料垃圾的处理提供了新的处理。本文就塑料垃圾处理的热解方式及其热解设备进行了研究，并对其热键方式中的塑料垃圾的热裂解法、催化裂解法、热解-催化改质法及热解-催化改质法展开了深入的阐述，将为我国塑料垃圾热解炼油技术的研究与应用提供参考。

关键词：塑料垃圾；热解；炼油

塑料制品曾被视为人类生产史上的一个奇迹，它曾一度地改变了人们对生活材料的认知。在很长的一段时间内，塑料制品满足了居民不断增长的生活资料需求。而随着这一制品的普及和泛滥，导致大量的塑料垃圾堆砌或散落在城乡空间，给居民的生活带来的重大的污染隐患。近年来，随着工业热解炼油技术的不断成熟，使其成为塑料垃圾处理的重要发展方向。热解炼油技术是通过将塑料垃圾以热解的方式转化为具有工业应用价值的原料或燃料油，从而实现对塑料垃圾的二次利用，防止塑料垃圾的环境污染。本文将从塑料垃圾处理的常见热解方式和热解反应器的构成两个层面展开探讨。

1.塑料垃圾处理的热解方式

1.1塑料垃圾的热裂解法

当前，塑料垃圾的热裂解法主要用三种，即惰性气体热裂解法、高温热解法及沙子流化床高温热裂解法。其工作原理为对热解反应器中在氧或少氧的条件下，加入内部的塑胶垃圾。待加温到一定温度后，塑料垃圾的C-C键和C-H键断裂，从而得到不同长度的分子烃类。而转化后而得到的分子烃类进行蒸馏馏分作业，便可得到不同类型的原料油。这一处理方式在应用实践进程中，暴露出一定的问题，如馏分作业所需的温度较高，原材料的产油率过低且油品的品质较差，配套管路容易发生堵塞等。这些问题都在一定程度上拉高了生产成本。进而致使我国当前对这一热解方式的工业应用相对较少。

1.2塑料垃圾处理的催化裂解法

催化裂解法是在将塑料垃圾置入热解反应器后，在其中加入酸类催化剂，而后进行加热裂解，从而得液体油。其热解反应是建立在碳正离子理论的基础之上。当前所使用的催化剂多数为固体催化剂。从技术应用的角度而言，催化剂的效用是这一热解炼油法的关键。催化剂在这一进程中起到了降低反应温度，提升反应进程的作用。同时，催化剂的使用也使得热解炼油的目标产物异构化、芳构化，从而得到高品质的燃料油。而对这一热裂解方式的应用进程中，塑料垃圾本身携带的泥土和裂解反应所产生的炭渣在较大程度上导致了催化剂的活性下降，在这一过程中，也给催化剂的回收带来了较大的影响，对生产成本的控制带来了一定不利影响。

1.3催化裂解-催化改质法

塑料垃圾热解-催化改质法作业共分为两个阶段，首先其通过将塑料垃圾熔融裂解成气态，而后熔融裂解后的气态物质注入到装有催化剂的催化管中。并在催化管内完成改质，这一过程中将发生一系列的烷烃异、烯烃芳构等反应过程，最终得到馏分辛烷值较高的燃料油。实践表明，其能够有效增加燃料油中的轻质成分，从而提高燃料油的品质。且这一塑料垃圾炼油方式能够在较大程度上实现对反应催化剂的回收，从而相对于催化裂解法具有更高的成本优势。

1.4催化裂解-催化改质法

塑料垃圾催化裂解-催化改质法，这一塑料垃圾炼油方式很好地将热裂解法和催化裂解法达成了工艺上的融合。其与塑料垃圾热解-催化改质法的工艺理念的不同之处在于将废塑料直接与催化剂置于热解反应器中接触进行气化，而后气态物质注入到装有催化剂的催化管中。并在催化管内完成改质。其在反应时间和反应温度上与其它三种塑料垃圾炼油方式上也具有一定的优势，且这一炼油方面的燃料油油品也较高。但塑料垃圾热解-催化改质法因其工艺相对复杂，导致工艺成本高、催化剂使用量大，有待于进一步的工艺改良，来降低上述问题的影响。

2.塑料垃圾炼油的热解设备

2.1塑料垃圾炼油的搅拌反应器

塑料垃圾的热解搅拌反应器，主要有两种，分别为间歇式搅拌反应器和连续式搅拌反应器。其中间歇式搅拌反应器的是将塑料垃圾一次性地放入，而后进行升温作业，待裂解制油作业完成后，再次打开间歇式反应器，并对其进行清渣作业。而连续式反应器可实现在塑料垃圾炼油的过程中，连续性地进料、加热、排渣。这两种反应器中，间歇式的搅拌反应器能耗高、危险系数大，而连续式的搅拌反应器在这一层面有所优化。

2.2塑料垃圾炼油的流化床

当前，在对塑料垃圾炼油的设备研发进程中，流化床因其在导热、传质方面的突出性能而备受关注。这一设备在热效率层面相对较高且适合大量的工业化推广。而这一设备的研发进程中，遇到了不小的阻碍，“失流化”故障多发、油气含尘量大，成功案例相对较少。有关研究显示德国的汉堡大学对这一装置进行了改良，采用半工业化流化床，收到了较好的实践效果。

2.3塑料垃圾炼油的管式反应器

管式反应器在塑料垃圾炼油的研发中，也获得了一定的突破。相关研究人员采用三段管式反应器，通过管径的变化来实现调节，具有在避免二次裂解、原料适应力强等特点。三段管式反应器的管段温度和反应进程不同，三段温度逐级递升，从最初的300oC到达最终的550oC左右。并依次完成了垃圾塑料的干燥、塑料裂解的主体反应、残渣的深度裂解，最后支撑混合油品。

综上所述，随着我国居民生活中塑料制品应用总量不断升高，亟待出现更为完善的处理技术解决这一问题。在塑料垃圾热解炼油技术的研究和实践进程中，以不断加大对热解方式和热解反应器的研究和改造，逐步实现大规模产业化的回收性炼油生产。在热解设备的研发层面，应逐步升级塑料垃圾炼油的搅拌反应器、流化床、管式反应器等设备，并在不同的工艺组合中，谋求最佳的塑料垃圾热解炼油效果，从而在技术革新条件下，实现对塑料污染的再回收、再利用。

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