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随着原油价格的不断飞涨和环境保护的日益严格,废塑料的合理利用逐渐受到各方的重视,同时进一步拓宽焦化原料以增加汽、柴油的产量也是炼油脱碳工艺面临的一个重要问题。为此,本文进行了减压渣油掺炼聚乙烯等废塑料的共延迟焦化工艺研究,旨在从一个侧面减少废塑料的“白色污染”,同时缓解资源紧缺和降低炼油成本。本研究具有明确的工业应用前景和环境保护意义。
首先,应用热重分析技术对减压渣油和不同塑料(低、高密度聚乙烯,聚丙烯和聚苯乙烯)的单独热解以及共热解的热失重行为进行了研究与讨论,结果表明几种塑料的热解温区和减压渣油的热解温区具有一致性,最大失重温度区间均在400~500℃;减压渣油与塑料的共热解过程中存在一定的协同效应,相互作用的强弱受塑料分子结构、失重温区的重叠程度及最大失重速率峰温的匹配程度等因素影响;在氮气气氛下塑料和渣油的热解可用一级动力学模型来描述。
在上述应用基础研究试验的基础上,在自建的小型延迟焦化装置上对减压渣油与塑料的共焦化进行了工艺优化研究,考察了塑料种类、塑料添加量以及焦化反应时间和反应温度对减压渣油和塑料共焦化的影响。研究结果表明:几种塑料添加入减压渣油均能明显提高液化转化率和油产率。在添加量均为5%条件下,对比减压渣油的单独焦化,聚烯烃塑料与减压渣油共焦化的液体油产率提高3%;考察低密度聚乙烯(LDPE)添加量的影响,发现在添加量为10%时油产率最高,达到70.5%;共焦化反应温度在500℃时油产率最高,焦炭产率最低。
建立了减压渣油与LDPE塑料共焦化反应的五参数动力学模型。利用该模型确定出减压渣油与LDPE共焦化过程中各步反应的动力学速率常数值,并分析了LDPE添加比例和焦化反应温度对动力学参数的影响。该模型还可预测一定范围内不同反应温度和反应时间下共焦化产物的产率。从减压渣油与废塑料共焦化动力学的研究结果,发现:由于塑料的加入,能够降低减压渣油与废塑料共焦化过程中原料转化为轻质油品和焦化气体的表观反应活化能,提高反应速率常数值,从而促进了轻质油品的生成。