ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2262520

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ

Имя изобретателя: Лебедева О.Е. (RU); Белецкая В.А. (RU); Фурда Л.В. (RU) 
Имя патентообладателя: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Белгородский государственный университет (ГОУ ВПО Белгородский государственный университет) (RU)
Адрес для переписки: 308015, г.Белгород, ул. Победы, 85, Белгородский государственный университет, отдел ИС, проректору Т.М.Давыденко
Дата начала действия патента: 2004.06.25 

Изобретение относится к переработке органических полимерных отходов в моторное топливо и химическое сырье, которое может быть использовано в органическом и нефтехимическом синтезе. Описывается способ переработки органических полимерных отходов, включающий ожижение полимеров, смешение с катализатором и термокаталитическую деструкцию реакционной смеси, причем 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. Способ позволяет упростить технологию, снизить энергозатраты, использовать в качестве катализатора дешевые и доступные материалы.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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.

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.

Версия для печати
Дата публикации 16.01.2007гг


вверх