一種用于廢棄油脂與廢棄塑料共裂解的泡沫陶瓷催化劑及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于催化劑領(lǐng)域，涉及泡沫陶瓷催化劑及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物燃料相對(duì)于化石燃料最大的優(yōu)點(diǎn)是具有可再生性和零排放性，目前，植物油脂是獲得生物燃料的主要原料，油脂通過(guò)熱裂解等熱化學(xué)手段得到可再生燃油。與此同時(shí)在市政固體垃圾、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在大量廢棄塑料，因其在自然界難以生物分解形成白色污染。塑料的主要成分是聚合烯烴，已經(jīng)開展的廢棄塑料熱高溫裂解或催化裂解制備不飽和烴的研究較多，很多情況下只側(cè)重于制備可燃?xì)怏w。聚合烯烴結(jié)構(gòu)致密，其裂解屬于隨機(jī)的自由基反應(yīng)，裂解反應(yīng)往往以碳?xì)滏I的斷裂為優(yōu)先順序，產(chǎn)生大量焦炭，液態(tài)產(chǎn)物得率低下，且裂解油中含有大量烯烴、芳烴等不飽和烴，性質(zhì)不穩(wěn)定，抗氧化穩(wěn)定性差。
[0003]廢棄植物油脂與廢聚乙烯塑料都是具有很高利用價(jià)值的生物質(zhì)資源，資源化利用后能夠解決環(huán)境污染問(wèn)題，同時(shí)緩解當(dāng)前能源緊缺。許多學(xué)者對(duì)兩類資源的利用方式進(jìn)行了探討，但由于各種原因，難以擴(kuò)大應(yīng)用，單獨(dú)植物油源甘油三酯催化裂解能得到高質(zhì)量的生物燃油具有黏度小、低溫流動(dòng)性好、十六烷值高等特點(diǎn)，但由于甘油三酯富含不飽和鍵，同時(shí)裂解過(guò)程中酯鍵脫氧，因此需要貴金屬催化加壓加氫，存在催化劑昂貴，工藝復(fù)雜，設(shè)備要求高等缺陷。單獨(dú)裂解聚乙烯塑料，裂解油存在多環(huán)芳烴含量較高、重質(zhì)餾分和輕質(zhì)餾分比例偏高等問(wèn)題。廢棄植物油脂可以增加廢塑料的熱導(dǎo)性，從而避免廢塑料裂解結(jié)焦過(guò)多和裂解效率低的問(wèn)題，廢聚乙烯塑料中氫碳比較高，裂解時(shí)能夠?yàn)閺U棄植物油的脫氧和不飽和烴鏈加氫提供氫源，從而達(dá)到提高裂解液體品質(zhì)的目的。
[0004]廢棄植物油脂與廢聚乙烯塑料共熱解具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在其研究過(guò)程中始終沒(méi)有發(fā)現(xiàn)較好的選擇性催化劑，提高裂解生物燃油成分的單一性，并減少裂解生物油中含氧含氮化合物的含量。
[0005]生物燃料相對(duì)于化石燃料最大的優(yōu)點(diǎn)是具有可再生性和零排放性，目前，植物油脂是獲得生物燃料的主要原料，油脂通過(guò)熱裂解等熱化學(xué)手段得到可再生燃油，與此同時(shí)在市政固體垃圾、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在大量廢棄塑料，因其在自然界難以生物分解而形成白色污染。塑料的主要成分是聚合烯烴，已經(jīng)開展的廢棄塑料熱高溫裂解或催化裂解制備不飽和烴研究較多，很多情況下只能側(cè)重于制造可燃?xì)怏w。由于聚合烯烴結(jié)構(gòu)致密，塑料裂解屬于隨機(jī)的自由基反應(yīng)，裂解反應(yīng)往往以碳?xì)滏I的斷裂為優(yōu)先順序，產(chǎn)生大量焦炭，液態(tài)產(chǎn)物得率低下，所得到少量的裂解油中含有大量烯烴、芳烴等不飽和烴，性質(zhì)不穩(wěn)定，抗氧化穩(wěn)定性差。廢棄植物油脂可以增加廢塑料的熱導(dǎo)性，從而避免廢塑料熱解結(jié)焦過(guò)多和裂解效率低的問(wèn)題，廢聚乙烯塑料中氫碳比較高，熱解時(shí)能夠?yàn)閺U棄植物油的脫氧和不飽和烴鏈加氫提供氫源，從而達(dá)到提高裂解液體品質(zhì)的目的。
[0006]用化學(xué)法對(duì)廢棄油脂與廢棄塑料裂解進(jìn)行研究，常常需要借助催化劑的參與才能達(dá)到反應(yīng)的預(yù)期目的，催化劑性能的好壞直接關(guān)系到反應(yīng)能否順利進(jìn)行，尤其是易于產(chǎn)物分離且催化效率高、重復(fù)性能好的催化劑，更是影響制備工藝技術(shù)能否工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵，目前，廢棄油脂與廢棄塑料裂解催化劑大多為負(fù)載催化劑，一般需要負(fù)載貴金屬如Pt、Pd、Mo等，成本較高，另外，負(fù)載催化劑在高溫環(huán)境下活性位點(diǎn)容易發(fā)生團(tuán)聚作用，導(dǎo)致失活。貴金屬負(fù)載到催化劑，活性組分分布不均，容易流失，裂解液體產(chǎn)物中會(huì)出現(xiàn)金屬離子超標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是一種用于廢棄油脂與廢棄塑料共裂解的泡沫陶瓷催化劑及制備方法。
[0008]本發(fā)明所述的用于廢棄油脂與廢棄塑料共裂解的泡沫陶瓷催化劑，包括以下物質(zhì)按質(zhì)量份數(shù):氧化鋯60-65份，氧化鋁2-8份，二氧化鈦1-3份，氯化鈉12-19份，碳酸氫鈉
3-8 份。
[0009]本發(fā)明所述的用于廢棄油脂與廢棄塑料共裂解的泡沫陶瓷催化劑的制備方法，按以下步驟。
[0010](I)按上述比例稱取氧化鋯、氧化鋁、二氧化鈦粉末，放入球磨機(jī)球磨24 ho
[0011](2)然后，加入氯化鈉、碳酸氫鈉粉末，以酸性硅溶膠為粘結(jié)劑，充分混勻后，送入造粒機(jī)造粒成型，120-130 °C烘干14-16 h。
[0012](3)轉(zhuǎn)移至高溫馬弗爐內(nèi)進(jìn)行程序升溫焙燒，500 °C保溫I h，之后快速升溫到1500-1600 °C，焙燒時(shí)間為80-160 min，冷卻后即得到泡沫陶瓷催化劑。
[0013]本發(fā)明步驟(2)的烘干條件優(yōu)選120 °C烘干12 h。
[0014]本發(fā)明將泡沫陶瓷固體催化劑引入到廢棄油脂與廢棄塑料共裂解過(guò)程中，利用泡沫陶瓷固體催化劑催化活性極高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、不發(fā)生泥化、不易堵塞、反應(yīng)結(jié)束后易于與產(chǎn)物分離以及可循環(huán)利用等特點(diǎn)，獲得了高含量烷烴燃料。
[0015]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)。
[0016]1、該催化劑熱穩(wěn)定性好、轉(zhuǎn)化率高、重復(fù)利用強(qiáng)、耐酸、耐水并能高效催化廢棄油脂與廢棄塑料共裂解生產(chǎn)高含量烷烴燃料，廢棄油脂與廢棄塑料共裂解液體中烷烴的含量高達(dá)99.5%。
[0017]2、該催化劑床層阻力下，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、不發(fā)生泥化、不易堵塞，非常適用于工業(yè)生產(chǎn)。
[0018]3、該催化劑中Al3+和Ti 4+進(jìn)入ZrO 2晶格內(nèi)部，使得部分ZrO 2能夠以置換固溶體的形式存在，顆粒彼此融合而成為一體。催化劑內(nèi)部和表面形成了疏松的孔洞孔隙，因此催化劑具有極高的催化活性。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明將通過(guò)以下實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]實(shí)施例1。
[0021]稱取60 g氧化鋯(Zr02)、2 g氧化鋁(A1203)、I g 二氧化鈦(T12)粉末，放入球磨機(jī)球磨24 h后，加入12 g氯化鈉(NaCl )、9 g碳酸氫鈉(NaHCO3)粉末，以酸性硅溶膠為粘結(jié)劑，充分混勻后，送入造粒機(jī)造粒成型，120°C烘干12 h，轉(zhuǎn)移至高溫馬弗爐內(nèi)進(jìn)行程序升溫焙燒，500°C保溫I h以揮發(fā)掉低溫造孔劑和除去物理吸附的水分，之后快速升溫到1500°C保持80 min，使高溫造孔劑完全揮發(fā)，冷卻后即得到泡沫陶瓷催化劑。
[0022]將廢棄的低密度聚乙烯塑料50 g切割成面積為4 cm2的近正方形碎片與廢棄光皮樹油、泡沫陶瓷催化劑按質(zhì)量比1:1:0.15混合，混合物料送入高壓反應(yīng)釜，用氮?dú)庵脫Q出反應(yīng)器中的空氣，把裂解反應(yīng)溫度控制在420±5 °C，當(dāng)反應(yīng)物溫度升溫到達(dá)150 °C時(shí)，開啟攪拌裝置，反應(yīng)時(shí)間為40 min，裂解反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)氣、固分離后，氣體產(chǎn)物中可冷凝的液體得到液態(tài)燃料油63.7 go經(jīng)分析其中烷烴含量高達(dá)96.8%，經(jīng)過(guò)精餾的液態(tài)燃油抗氧化穩(wěn)定性總不溶物小于0.5mg/100ml (GB252-200檢測(cè)法)。
[0023]實(shí)施例2。
[0024]稱取64 g氧化鋯(Zr02)、7 g氧化鋁(Al203)、2 g二氧化鈦(T12)