[发明专利]一种低温降解聚烯烃废塑料制备富氢合成气的方法

说明书

本发明公开了一种低温降解聚烯烃废塑料制备富氢合成气的方法，包括：称取聚烯烃塑料1重量份，含有0.25％‑6％Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;的双氧水3‑80重量份；将称取的聚烯烃塑料和双氧水装填至水热反应器，进行氧化预处理反应，反应温度为150‑230℃，反应压力为0.5‑2MPa，反应时间30‑90min，反应结束后得到液相产物和气相产物；在另一个水热反应器中装填介孔碳负载的金属基催化剂，再将得到的液相产物通入水热反应器中，进行重整反应，得到富氢合成气产物。整个过程氢气产率接近11mol/kg塑料，富氢合成气中氢气浓度接近55％。本发明通过联合低温氧化预处理和重整过程解决了在低温下(250℃)聚烯烃废塑料难以转化为氢气的瓶颈问题。

【技术领域】

本发明涉及塑料降解的技术领域，特别是低温降解聚烯烃废塑料制备富氢合成气的技术领域。

【背景技术】

塑料作为主要的合成材料之一，在材料领域占据着重要的位置。一部分难以分解的塑料进入陆地自然环境以及海洋中，对生态环境造成巨大影响。目前比较典型的几种废旧塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯以及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料等。其中聚乙烯和聚丙烯等聚烯烃塑料用途最广，且在废旧塑料总量中占比最大。另外，作为医用口罩的主要材质，聚丙烯原材料以及其废弃物的产量急剧增长，而目前常用的处理生活塑料垃圾的主要方法是填埋、焚烧等，这两种处理方法在很大程度上会造成二次污染以及资源的浪费。因此，将塑料高效地转化为氢能等清洁能源成为热点。

液相重整是一种低温低压制氢技术，可以在200-260℃，1.5-4MPa的水热条件下，利用催化剂的催化作用将液态含氧有机物转化为氢气，而废旧聚烯烃塑料作为一种固废，且不含氧原子，不能直接进行液相重整制氢。

目前废旧塑料制备氢气的方法主要以高温热解气化(500-800℃)为主，同时也伴随焦炭和焦油等副产物的产生，较高的反应温度也造成较高成本的投入。另外已有研究(Waste management 2020,102,520-7,Energy 2020，191，116527)提出利用超临界水气化(T374℃,P22.1MPa)将塑料转化为氢气，由于超临界水气化的运行对设备的要求较高，所以在工业应用中存在一定的局限性，另外目前使用超临界水气化对聚乙烯和聚丙烯进行转化制氢得到的合成气中的氢气产率(2-5mol/kg塑料)和氢气浓度并不高(10-40％)。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种低温降解聚烯烃废塑料制备富氢合成气的方法，采用氧化预处理与重整反应相结合的两步法，在第一阶段，使用稀H₂O₂溶液在低于250℃的反应温度下对聚乙烯和聚丙烯等聚烯烃废塑料进行氧化预处理，在第二阶段，针对预处理得到的液相在高效碳基催化剂的催化下进行低温重整制氢，进而实现聚烯烃塑料在温和条件下的高效产氢。

为实现上述目的，本发明提出了一种低温降解聚烯烃废塑料制备富氢合成气的方法，采用氧化预处理与重整反应相结合的两步法，包括如下步骤：

(1)称取聚烯烃塑料1重量份，双氧水3重量份以上，所述双氧水含有H₂O₂的浓度为0.25％-6％；

(2)将称取的聚烯烃塑料和双氧水装填至水热反应器，进行氧化预处理反应，反应温度为150-230℃，反应结束后得到液相产物和气相产物；

反应液中的H₂O₂完全分解，经检测，产物中不含H₂O₂，所以不会有残留的H₂O₂对第二段的重整反应的催化剂产生负面作用；

(3)在另一个水热反应器中装填介孔碳负载的金属基催化剂，再将步骤(2)得到的液相产物通入水热反应器中，进行重整反应，得到富氢合成气产物。步骤(1)、步骤(2)为氧化预处理阶段，步骤(3)为重整反应阶段。