способ переработки органических полимерных отходов

Формула изобретения

Способ переработки органических полимерных отходов, включающий ожижение полимеров, смешение с катализатором и термокаталитическую деструкцию реакционной смеси, отличающийся тем, что ожижение отходов осуществляют в среде алкилбензола при 140-150°С и нормальном атмосферном давлении с последующим смешением с катализатором - модифицированной кислотной обработкой глиной - при массовом соотношении отхода и катализатора 1-2:1, сушку проводят при комнатной температуре, а термокаталитическую деструкцию ведут в реакторе проточного типа в токе инертного газа при температуре 350-400°С и нормальном атмосферном давлении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической переработке полимерных отходов в моторное топливо и химическое сырье, которое в дальнейшем может быть использовано в органическом и нефтехимическом синтезе.

В результате постоянного увеличения объемов промышленных и бытовых органических полимерных отходов проблема их переработки на данный момент является весьма актуальной. Наиболее перспективными являются методы химической переработки с целью получения высококачественного моторного топлива и сырья для органического и нефтехимического синтеза.

Известен способ переработки, который включает измельчение вторичного полиэтилена, фракционирование в кипящем растворителе на растворимую золь- и нерастворимую гель-фракции с разделением и промывкой продуктов фракционирования и низкотемпературный пиролиз в вакууме отдельно для каждой фракции (патент RU №2106365, C 08 J 11/04, опубл. 10.03.98).

Недостатком данного способа является его многостадийность, что усложняет технологический процесс. Способ позволяет получать ограниченный набор продуктов, преимущественно - тяжелые углеводородные фракции.

Известен также способ переработки полимеров для получения тяжелых углеводородных фракций (например, битуменов), заключающийся в термокаталитическом разложении полимеров в присутствии катализатора кислотного типа, в качестве которого может использоваться медьсодержащий или алюмосиликатный минерал (Патент US №6043289, C 08 J 11/10, опубл. 28.03.2000). Недостатком данного способа является отсутствие легких углеводородных фракций среди продуктов.

Известен способ переработки органических промышленных и бытовых полимерных отходов в моторное топливо и химическое сырье, включающий термоожижение отходов в алкилбензоле при температуре 270 - 420°С и повышенном давлении до 6 МПа в присутствии редкоземельного металла или интерметаллидов на основе редкоземельных металлов, или в присутствии гидрида титана, взятых в количестве 0,5-10% от массы реакционной смеси (Патент RU №2110535, C 08 J 11/04, опубл. 10.05.98).

Преимуществом этого способа является возможность использования в качестве растворителя продукта перегонки «сырого бензола», получаемого в результате высокотемпературного коксования каменных углей. Существенное ограничение способа заключается в необходимости применения в качестве катализатора дорогостоящих редкоземельных металлов, а также повышенное давление, что увеличивает себестоимость процесса.

Известен способ переработки органических отходов в моторное и химическое сырье, в котором осуществляют термоожижение отходов при температуре выше 270°С и при повышенном давлении 6,1 МПа путем растворения в алкилбензоле, отделение жидкой фракции и ее дистилляцию (Патент RU №2167168, C 08 J 11/04, опубл. 20.05.98).

Преимуществом этого способа является относительно невысокий расход растворителя за счет возвращения части реакционной смеси в раствор в качестве растворителя. Недостатком данного способа является необходимость поддержания высокого давления, превышающего атмосферное в 6 раз.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ переработки полимерных отходов, заключающийся в смешивании пластмассовых отходов с частицами катализатора в количестве 5-10% от пластмассовых отходов, термоожижении смеси отходов с катализатором путем расплавления и последующей термокаталитической деструкции в интервале температур 440-470°С с использованием в качестве катализатора систем типа оксид алюминия - оксид железа, оксид кремния - оксид железа и цеолитов (Патент US №4584421, опубл. 22.04.1986).

К достоинствам данного способа относится низкий выход кокса. Недостатками способа являются необходимость осуществления процесса при высокой температуре (выше 440°С) и технически сложный этап термоожижения полимеров, поскольку в присутствии воздуха целевой процесс термоожижения неизбежно сопровождается окислением полимеров до диоксида углерода и воды.

Задача изобретения заключается в расширении арсенала уже имеющихся способов переработки полимерных отходов путем создания способа переработки полимерных отходов с использованием доступного и недорогого сырья для приготовления катализаторов, с упрощенной технологией термоожижения и предотвращением потери полимера вследствие окислительной деструкции.

Поставленная задача решается способом, заключающимся в термоожижении полимеров и последующей термокаталитической деструкции, в котором в отличие от прототипа:

- ожижение полимера осуществляют в среде алкилбензола, например в ксилоле, в массовом соотношении ксилол:полимер (3-5):1 при температуре 140-150°С и нормальном атмосферном давлении,

- катализатор вводят путем смешения с ожиженным полимером в массовом отношении полимер: катализатор, равном (1-2):1;

- в качестве катализатора используют измельченную модифицированную кислотной обработкой глину;

- смесь высушивают при комнатной температуре;

- последующую термокаталитическую деструкцию застывшей смеси полимера и катализатора производят в реакторе проточного типа в токе инертного газа при температуре 350-400°С и нормальном атмосферном давлении.

Сопоставительный анализ с известными техническими решениями показывает, что заявленный способ соответствует критерию «новизна» по следующим признакам.

Термоожижение измельченного полимера осуществляют в растворителе ряда алкилбензолов, например ксилоле, при температуре 140-150°С и нормальном атмосферном давлении, сушка смеси полимера и катализатора производится при комнатной температуре, термокаталитическое разложение застывшей смеси полимера и катализатора производят в токе аргона в реакторе проточного типа при температуре 350-400°С и нормальном атмосферном давлении.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как позволяет получать жидкие продукты легких углеводородных фракций, в частности моторное топливо с высоким октановым числом, и продукты, пригодные для использования в органическом и нефтехимическом синтезе, путем использования предлагаемого технического решения, включающего такие признаки, как термоожижение при температуре 140-150°С и нормальном атмосферном давлении, сушку смеси полимера и катализатора при комнатной температуре и термокаталитическое разложение смеси полимера и катализатора при нормальном атмосферном давлении и температуре не ниже 350°С.

Предлагаемый способ не требует использования повышенного давления и высоких температур, присущих известным способам, что позволяет снизить энергозатраты.

Пример осуществления способа.

Для получения реакционной смеси полимер предварительно измельчают и переводят в растворимое состояние при температуре 140-150°С, используя в качестве растворителя ксилол, в массовом соотношении ксилол:полимер - 3:1. В полученный раствор полимера, без охлаждения, помещают измельченный катализатор в массовых соотношениях полимер: катализатор (1-2):1. Затем полученную суспензию высушивают при комнатной температуре, застывшую смесь загружают в реактор проточного типа. Температуру поднимают до 350-400°С и изотермически выдерживают смесь при нормальном атмосферном давлении в токе инертного газа до окончания выделения продуктов. Продукты деструкции собирают и конденсируют в охлаждаемом приемнике.

Состав продуктов исследовали методом газожидкостной хроматографии (ГЖХ). Октановое число бензиновой фракции оценивали исследовательским методом.

При деструкции полиэтилена по предлагаемому способу может быть получена смесь более 100 различных углеводородов С₅ - С₃₁. На бензиновую фракцию приходится не менее 25% от массы жидких продуктов.

Пример. Отходы полиэтилена массой 2 г растворяли в смеси изомеров ксилола массой 6 г при кипячении. В ожиженный полимер добавляли 2 глины, предварительно обработанной серной кислотой. Смесь высушивали при комнатной температуре. Навеска смеси полиэтилена и катализатора помещалась в проточный реактор. Процесс деструкции осуществляли до окончания выделения продуктов при 400°С в токе аргона. На выходе из реактора был установлен приемник, снабженный обратным холодильником, для сбора жидких продуктов.

Октановое число бензиновой фракции (по исследовательскому методу) составило 79. Групповой состав бензиновой фракции представлен в таблице.

Таблица Групповой состав бензиновой фракции (t кип.<180°С) жидких продуктов термокаталитической деструкции полиэтилена
Группа	Содержание продуктов деструкции, мас.%
н-алканы	3,2
изо-алканы	52,9
арены	15,1
нафтены	18,6
олефины	10,0