通過使廢棄塑料催化解聚來製備蠟和潤滑脂基礎原料的方法

2023-12-01 04:33:01

專利名稱：通過使廢棄塑料催化解聚來製備蠟和潤滑脂基礎原料的方法
通過使廢棄塑料催化解聚來製備蠟和潤滑脂基礎原料的方法
背景技術：
機械裝置製造商、食品包裝者、以及其他的為了潤滑、密封和其他應用而使用蠟和潤滑脂的使用者對蠟和潤滑脂組合物具有持續的需求。這些蠟和潤滑脂的製備通常是昂貴的。這可能是由於在這種製造工藝中通常需要使用價格高的石油原料。臘和潤滑脂(或潤滑脂基礎原料(grease base-stock))通常是由石油原料或氣-液法製備的。石油原材料的價格隨著時間逐漸升高，因此蠟和潤滑脂的價格也穩步上升。近來，已經在天然氣(主要是甲燒)儲層和利用費歇爾-託羅普希法(Fischer-Tropschprocess)方面有一些發現；它們可以轉化得到鏈更長的烴從而提供汽油、潤滑油、潤滑脂基礎原料和蠟。以這種方式製備的產品相對更貴，因此，需要利用易於獲得的聚乙烯廢棄物並將它們循環利用，從而以相當低的成本來製備相同的材料。有利的是，以相對便宜的方法來製備蠟和潤滑脂基礎原料。這種方法理想地利用易於獲得的廉價 原料並且使用便宜的工藝。在已知的工藝中已經使用廢棄塑料/聚合物來製造這類產品。塑料廢棄物是增長最快的固體廢棄物之一，利用這種固體廢棄物來製備有用的蠟和潤滑脂解決了日漸增長的塑料處置問題。另外，大多數聚合物/塑料廢棄物可能是聚乙烯，由於其具有不可生物降解性，因此其積聚在自然界中。聚乙烯廢棄物通常被埋入土地或被燃燒，前者導致材料損失和使土地荒蕪，而後者導致排放溫室氣體；當前，在全部塑料廢棄物中僅有一小部分被循環利用為二次聚合物，但該二次聚合物的質量差並且經濟利潤低。近年來，已經進行了很多努力要將這些聚合固體廢棄物轉化成有用的產品，例如燃料、潤滑劑、蠟和潤滑脂基礎原料。現有的轉化方法可能還不夠有效並且會向環境中排放溫室氣體。另外，當前的技術可能對廢棄塑料原料的品質和量較為敏感，它們可對最終產品的品質產生影響。這是尤其重要的，因為塑料廢棄物根據不同的塑料等級可具有不同的稠度。


本文將參照附圖描述多種實施方案，其中:圖1示出了根據一個實施方案、通過催化解聚使混合聚乙烯廢棄物轉化從而製備蠟和潤滑脂基礎原料的示例性方法的流程圖；圖2示出了在本發明的背景中，使用現有方法製備的微晶蠟的氣相色譜-質譜(GC-MS)結果的示例圖；圖3示出了根據一個實施方案、由高密度聚乙烯(HDPE)廢棄物的解聚而獲得的蠟的GC-MS結果的示例圖；圖4示出了在本發明的背景中，使用現有方法製備的微晶蠟的差示掃描量熱(DSC)分析圖；圖5示出了根據一個實施方案、由HPDE廢棄物的解聚而獲得的蠟的DSC分析圖6示出了根據一個實施方案的樣品I潤滑脂基礎原料的以剪切速率的對數(log)相對於粘度的對數作的圖；圖7示出了根據一個實施方案的樣品2潤滑脂基礎原料的以剪切速率的對數相對於粘度的對數作的圖；以及圖8示出了根據一個實施方案用於使混合聚乙烯廢棄物轉化以製備蠟和潤滑脂基礎原料的裝置的塊狀圖。本文所述的附圖僅是為了示例的目的，而並非旨在以任何方式限制本公開的範 圍。
具體實施例方式本發明公開了一種通過廢棄塑料的催化解聚來製備蠟和潤滑脂基礎原料的方法。在以下對本發明主題的實施方案的詳細說明中，將引用附圖，這些附圖成為說明書的一部分，並且在這些附圖中以示例的方式示出了可實施本發明主題的具體實施方案。這些實施方案被描述的足夠詳細以使本領域的技術人員能夠實施本發明的主題，應當理解的是，可以利用其他的實施方案，並且可以在不偏離本發明主題的範圍的情況下進行改變。因此，不能將以下詳細說明視為是對本發明主題的範圍的限制，本發明主題的範圍是通過隨附的權利要求書來限定的。圖1示出了根據一個實施方案通過混合聚乙烯廢棄物的催化解聚來製備蠟和潤滑脂基礎原料的示例性方法的流程圖100。蠟是易於熔化的滑溜的固體物質。通常，蠟的熔點介於45°C至130°C之間，並且其閃點(即蠟能夠氣化而在空氣中形成可燃性混合物的最低溫度)介於180°C至350°C之間。蠟主要可通過精煉原油而得到。蠟還可以源自植物和動物的天然分泌物。另外，蠟可以通過使用諸如費歇爾-託羅普希法這樣的方法合成得到。潤滑脂或潤滑脂基礎原料為半固態物質，其被引入兩個移動的表面之間以減少它們之間的摩擦，從而提高效率並降低磨耗。市售可得的潤滑脂通常是通過將潤滑脂基礎原料與少量的特定添加劑混合以使它們具有所需的物理特性而製備的。通常，潤滑脂分為四類:(a)礦物油與固體潤滑劑的混合物，(b)渣油、蠟、游離脂肪(uncombinedfat)、松香油和浙青的共混物，(C)皂稠化礦物油，以及(d)合成潤滑脂，如聚a -烯烴、矽酮等。混合聚乙烯廢棄物可以包括低密度聚乙烯(LPDE)、線性低密度聚乙烯(LLPDE)和高密度聚乙烯(HPDE)。例如，聚乙烯廢棄物可以得自購物袋、為HDPE袋的雜貨袋、LDPE牛奶袋和LLDPE文件夾。在一個實施方案中，也可用聚乙烯初級顆粒製備蠟和潤滑脂基礎原料。另外，混合聚乙烯廢棄物可以包含最多達約10%的雜質(例如，如聚丙烯和聚苯乙烯)。在步驟102中，將混合聚乙烯廢棄物預熱，從而形成熔化的混合聚乙烯廢棄物。例如，在與高壓反應器(例如圖8的反應器804)連接的擠出機中將混合聚乙烯廢棄物預熱。在擠出機中形成的熔化的混合聚乙烯廢棄物被基本上連續地推入高壓反應器。在步驟104中，在處於所需溫度下的高壓反應器中，使用催化劑使熔化的混合聚乙烯廢棄物開始進行解聚反應，其中所述高壓反應器中使用加熱器。所用的催化劑為[Fe-Cu-Mo-P]/Al2O3，其被設置在高壓反應器的攪拌槳上。該催化劑是通過以下方式製備的:將鐵-銅絡合物結合至氧化鋁載體並使之與雜多酸反應，從而得到最終的催化劑。高壓反應器中的溫度在約300°C至600°C的範圍內。
在步驟106中，使熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應持續進行，直到高壓反應器中的壓力達到所需值。高壓反應器中的壓力在約50磅力/平方英寸表壓(psig)至350磅力/平方英寸表壓的範圍內。在步驟108中，改變所述高壓反應器中的壓力的所需值以生成不同等級的蠟和潤滑脂基礎原料。例如，不同等級的蠟包括具有60°C至100°C的不同熔點的蠟。在步驟110中，當反應器中的壓力達到所需值時，關閉加熱器並停止熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應。在解聚反應過程中，熔化的混合聚乙烯廢棄物被轉化成蠟或潤滑脂基礎原料。在步驟112中，當轉化得到的蠟或潤滑脂基礎原料是液體並實質上高於閃點時，將所述轉化得到的蠟或潤滑脂基礎原料排放到容器中。可注意到，在解聚反應過程中，沒有釋放出氣體，因此，碳以蠟或潤滑脂基礎原料的形式被完全回收。在步驟114中，使用高壓至低壓循環使所排放的轉化得到的蠟或潤滑脂基礎原料中的顏料顆粒/雜質開始聚結。在步驟116中，使所述顏料顆粒/雜質和所述轉化得到的蠟或潤滑脂基礎原料在所述容器中沉降為分離的層。

圖2示出了在本發明的背景中使用現有方法製備的微晶蠟的氣相色譜-質譜(GC-MS)結果的示例性圖200。例如，GC-MS是一種將氣液色譜和質譜的特徵組合的方法，其用來鑑定使用現有方法製備的微晶蠟中的不同組分。(微晶蠟是熔點在60°C至100°C範圍內並且通常比石蠟硬的一類蠟)。圖200的X軸表示保留時間，y軸表示強度。圖3示出了根據一個實施方案由高密度聚乙烯(HDPE)廢棄物的解聚而獲得的蠟的GC-MS結果的示例性圖300。HDPE廢棄物的解聚反應是根據圖1示例的方法進行的。在高壓反應器(其容積為6.5升)中，採用約3.5kg的購自當地市場的HDPE廢棄物進行解聚反應。進行了不同的試驗來比較由解聚反應獲得的蠟和利用現有方法製備的微晶蠟的特性。在試驗I中,選擇140磅力/平方英寸表壓(psig)的所需壓力。當高壓反應器內部的壓力達到140磅力/平方英寸表壓時，停止解聚反應。將所得蠟排出、冷卻並用GC-MS測試。表I示出了通過解聚反應獲得的蠟與市售可得的ARGE蠟(一種費歇爾-託羅普希蠟)的性質的對比。復I
權利要求
1.一種通過催化解聚使混合聚乙烯廢棄物轉化從而製備蠟和潤滑脂基礎原料的方法，包括: 將所述混合聚乙烯廢棄物預熱從而形成熔化的混合聚乙烯廢棄物； 在處於所需溫度下的高壓反應器中，使用催化劑使所述熔化的混合聚乙烯廢棄物開始進行解聚反應，其中所述高壓反應器內使用加熱器，並且所述催化劑設置在攪拌槳上； 使所述熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應持續進行直到所述高壓反應器中的壓力達到所需值；以及 當所述反應器中的壓力達到所述所需值時，關閉所述加熱器並停止所述熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應，其中所述混合聚乙烯廢棄物被轉化成蠟或潤滑脂基礎原料。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括: 當轉化得到的蠟或潤滑脂基礎原料為液體並且實質上高於閃點時，將所述轉化得到的蠟或潤滑脂基礎原料排放到容器中。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述溫度在約300°C至600°C的範圍內。
4.根據權利要求1所述的方法，其中將所述混合聚乙烯廢棄物預熱從而形成所述熔化的混合聚乙烯廢棄物的步驟包括: 使用擠出機將所述混合聚乙烯廢棄物預熱以形成所述熔化的混合聚乙烯廢棄物，並且其中所述擠出機與所述反應器相連。
5.根據權利要求 4所述的方法，還包括: 當所述混合聚乙烯在所述擠出機中達到熔融狀態時，基本上連續地將所述混合聚乙烯廢棄物推入所述反應器。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述壓力在約50磅力/平方英寸表壓至350磅力/平方英寸表壓的範圍內。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述混合聚乙烯廢棄物包含選自由低密度聚乙烯(LPDE)、線性低密度聚乙烯(LLPDE)和高密度聚乙烯(HPDE)構成的組中的聚乙烯。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述混合聚乙烯廢棄物包含最高達約10%的雜質，並且其中所述雜質包括選自由聚丙烯和聚苯乙烯構成的組中的物質。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述催化劑為[Fe-Cu-Mo-P]/Al2O3。
10.根據權利要求1所述的方法，還包括: 改變所述的高壓反應器中的壓力的所需值，從而製備不同等級的蠟和潤滑脂基礎原料。
11.根據權利要求2所述的方法，還包括: 採用高壓至低壓循環誘導所排放的轉化得到的蠟或潤滑脂基礎原料中的顏料顆粒/雜質發生聚結；以及 使所述顏料顆粒/雜質和所述轉化得到的蠟或潤滑脂基礎原料在所述容器中沉降為分離的層。
12.一種通過催化解聚使聚乙烯初級顆粒轉化從而製備蠟和潤滑脂基礎原料的方法，包括: 將所述聚乙烯初級顆粒預熱，從而形成熔化的聚乙烯初級顆粒； 在處於所需溫度下的高壓反應器中，使用催化劑使所述熔化的聚乙烯初級顆粒開始進行解聚反應，其中所述高壓反應器內使用加熱器，並且所述催化劑設置在攪拌槳上； 使所述熔化的聚乙烯初級顆粒的解聚反應持續進行，直到所述高壓反應器中的壓力達到所需值；以及 當所述反應器中的壓力達到所述所需值時，關閉所述加熱器並停止所述熔化的聚乙烯初級顆粒的解聚反應，其中所述聚乙烯初級顆粒被轉化成蠟或潤滑脂基礎原料。
13.根據權利要求12所述的方法，還包括: 當轉化得到的蠟或潤滑脂基礎原料為液體並且實質上高於閃點時，將所述轉化得到的蠟或潤滑脂基礎原料排放到容器中。
14.根據權利要求12所述的方法，其中所述溫度在約300°C至600°C範圍內。
15.根據權利要求12所述的方法，其中所述壓力在約50磅力/平方英寸表壓至350磅力/平方英寸表壓的範圍內。
16.根據權利要求12所述的方法，其中將所述聚乙烯初級顆粒預熱從而形成所述熔化的聚乙烯初級顆粒的步驟包括: 使用擠出機將所述聚乙烯初級顆粒預熱，從而形成所述熔化的聚乙烯初級顆粒，並且其中所述擠出機與所述反應器相連。
17.根據權利要求16所述的方法，還包括: 當所述聚乙烯初級顆粒在所述擠出機中達到熔融狀態時，基本上連續地將所述聚乙烯初級顆粒推入所述反應器。
18.根據權利要求12所述的方法，其中所述聚乙烯初級顆粒包含選自由LPDE、LLPDE和HPDE構成的組中的聚乙烯。
19.根據權利要求12所述的方法，其中所述催化劑為[Fe-Cu-Mo-P]/Al2O3。
20.根據權利要求12所述的方法，還包括: 改變所述的高壓反應器中的壓力的所需值，從而製備不同等級的蠟和潤滑脂基礎原料。
21.根據權利要求13所述的方法，還包括: 採用高壓至低壓循環誘導所排放的轉化得到的蠟或潤滑脂基礎原料中的顏料顆粒/雜質發生聚結；以及 使所述顏料顆粒/雜質和所述轉化得到的蠟或潤滑脂基礎原料在所述容器中沉降為分離的層。
22.一種通過催化解聚使混合聚乙烯廢棄物轉化從而製備潤滑脂基礎原料的方法，包括: 將所述混合聚乙烯廢棄物預熱，從而形成熔化的混合聚乙烯廢棄物； 在處於所需溫度下的高壓反應器中，使用催化劑使所述熔化的混合聚乙烯廢棄物開始進行解聚反應，其中所述高壓反應器內使用加熱器，並且所述催化劑設置在攪拌槳上； 使所述熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應持續進行，直到所述高壓反應器中的壓力達到所需值；以及 當所述反應器中的壓力達到所述所需值時，關閉所述加熱器並停止所述熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應，其中所述混合聚乙烯廢棄物被轉化成所述潤滑脂基礎原料。
23.根據權利要求22所述的方法，還包括:當轉化得到的潤滑脂基礎原料為液體並實質上高於閃點時，將所述轉化得到的潤滑脂基礎原料排放到容器中。
24.一種通過催化解聚使混合聚乙烯廢棄物轉化從而製備蠟的方法，包括: 將所述混合聚乙烯廢棄物預熱，從而形成熔化的混合聚乙烯廢棄物； 在處於所需溫度下的高壓反應器中，使用催化劑使所述熔化的混合聚乙烯廢棄物開始進行解聚反應，其中所述高壓反應器內使用加熱器，並且所述催化劑設置在攪拌槳上； 使所述熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應持續進行，直到所述高壓反應器中的壓力達到所需值；以及 當所述反應器中的壓力達到所述所需值時，關閉所述加熱器並停止所述熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應，其中所述混合聚乙烯廢棄物被轉化成蠟。
25.根據權利要求24所述的方法，還包括: 當轉化得到的蠟為液體並 實質上高於閃點時，將所述轉化得到的蠟排放到容器中。
全文摘要
本發明公開了一種使混合聚乙烯廢棄物解聚的方法。在一個實施方案中，在通過催化解聚使混合聚乙烯廢棄物轉化以製備蠟和潤滑脂基礎原料的過程中，將混合聚乙烯廢棄物預熱以形成熔化的混合聚乙烯廢棄物。隨後開始進行熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應。在處於所需溫度下的高壓反應器中，使用催化劑進行該解聚反應，其中所述高壓反應器中使用加熱器。催化劑設置在攪拌槳上。使熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應持續進行直到高壓反應器中的壓力達到所需值。當反應器中的壓力達到所需值時，關閉加熱器並停止該熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應。該混合聚乙烯廢棄物被轉化為蠟或潤滑脂基礎原料。
文檔編號C07C4/08GK103168016SQ201180034887
公開日2013年6月19日 申請日期2011年7月14日 優先權日2010年7月15日
發明者阿尼爾·庫馬爾, 普什卡爾·庫馬爾 申請人:綠色頌歌再生科技有限公司