[发明专利]一种生物质与废塑料共热解制备燃料油的新方法

说明书

技术领域

本发明属于固体废弃物处理利用技术与生物质能源领域，特别涉及一种生物质与废塑料共热解制备燃料油的方法。

背景技术

在石油、天然气等不可再生化石资源濒临枯竭以及环境污染日益严重的今天，能源需求与环境保护成为当今世界的两大主题。中国的生活垃圾数量巨大，在较发达城市中，废弃塑料占垃圾总质量的8％～15％，体积分数达到30％左右。废塑料的传统处理方法是填埋法和焚烧法，但由此造成了占用耕地、污染水源及排放大量废气等一系列问题。而热裂解等热化学回收法将废塑料转化为化学品或燃料油等有价值的石化产品，不仅解决了废塑料的污染问题，还可在相当程度上缓解能源紧缺问题，因此得到了世界各国的高度关注。然而单独进行塑料裂解制油尚有一些不足，反应条件较为苛刻、所需温度较高、能耗较大。

同化石能源相比，生物质能可再生、对环境污染小、不产生CO₂净排放，是地球上最普遍的可再生能源之一。目前，充分有效地利用生物质资源已成为人们争相研究和关注的热点。国内外开始考虑以生物质为原料制备生物燃油方面的研究主要是以木质素类和纤维素或半纤维素类的材料为主，但是，由于自身生化组成和结构特点，这类物质裂解反应产油率不高，而且所得生物燃油的品质不佳，例如含氧量高，热值及稳定性都不理想，其性能与汽油或者柴油相比仍有较大的差别，因此限制了其工业化推广应用。

本发明提出一种在生物质中添加塑料以实现生物质/塑料共裂解来有效提高生物质液化效率和液化油品质的新方法。塑料废弃物与生物质混合后作为原料进行共裂解有助于缓解两者单独裂解的不足。共裂解过程中，生物质和塑料产生协同促进，使得产油率提高，油品质改善。共裂解液化基本历程大致如下：生物质降解温度低，首先裂解产生自由基，自由基再引发塑料链分解反应，因此使得塑料裂解温度降低，能耗下降，反应条件得以缓和。此外，塑料含氢量多(如聚烯烃含有约14％的氢)，富氢塑料通过氢转移为生物质供氢，使生物质裂解产生的自由基得到稳定，从而促进了塑料和生物质的成油转化。另外，塑料所提供的氢还可有效降低氧含量，从而显著提高生物油的热值和品质。然而目前共液化的研究工作大都是从塑料的资源化利用角度为主，通过添加生物质来降低塑料液化的温度，减缓反应条件的苛刻度，并提高塑料液化的效率，而且所用生物质都是木屑等木本生物质，未见其它类型生物质共液化的报道。本发明提出的新方法适用于多种生物质，包括农业生产废弃物(如作物秸秆等，该种生物质生化成分以纤维素和半纤维素为主)、林业生产废弃物(如松木锯末等，该种生物质生化成分以木质素为主)、水生生物质(如微藻、蓝藻巨藻等，该种生物质生化成分以蛋白质、脂类和多糖为主)等。

发明专利200810023320.3提及了一种生物质与废塑料共热解制取燃料油的方法。该专利选用玉米芯、聚乙烯与催化剂直接混合进行反应，产油率高、工艺简单，能耗低，有利于实现工业化连续生产。但是该专利存在两个明显不足：1.以聚乙烯和玉米芯为原料，原料选择单一，受季节影响较大，不利于工业生产；2.该工艺是将原料和催化剂直接混合进行，反应后催化剂与原料的分离以及催化剂再生比较困难，很难进行连续进料，如果不进行后处理，会导致很大的资源浪费和严重的环境污染。

发明内容

本发明的目的是针对目前生物质单独裂解制燃油的供氢不足以及塑料单独裂解反应条件苛刻等不足之处，将生物质资源的开发应用的绿色环保和可再生特点与塑料废弃物资源化相结合，提出了一种生物质与废塑料共热解制备燃料油的方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种燃料油制备的新方法，以生物质和塑料废弃物混合物为原料进行共热解，直接制备燃料油，其特征在于该方法按如下步骤进行：

(1)将一定量生物质与废塑料混合均匀，置于裂解反应器中，加热升温到一定温度进行热解反应；

(2)热解反应进行的同时，产物以气态形式进入精制塔进行催化改质；

(3)改质后得到的液体产物进入精馏塔进行精馏分离，得到不同馏分的燃料油；

(4)精馏塔所得的气体产物和固体残渣返回裂解反应器燃烧作为辅助热源利用。

本发明的方法中，所述的生物质可以为水生生物质(如微藻、蓝藻等)、农业生产废弃物(如作物秸秆)或林业生产废弃物(如松木锯末)等几种生物质原料中的一种或几种。

本发明的方法中，所述的废塑料可以为聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)或聚氯乙烯(PVC)等中的一种或几种。

本发明的方法中，所述的生物质与废塑料原料的质量比为(1∶5)～(5∶1)。