專利名稱：通過使廢棄塑料催化解聚來制備蠟和潤滑脂基礎(chǔ)原料的方法
通過使廢棄塑料催化解聚來制備蠟和潤滑脂基礎(chǔ)原料的方法
背景技術(shù)：
機(jī)械裝置制造商、食品包裝者、以及其他的為了潤滑、密封和其他應(yīng)用而使用蠟和潤滑脂的使用者對(duì)蠟和潤滑脂組合物具有持續(xù)的需求。這些蠟和潤滑脂的制備通常是昂貴的。這可能是由于在這種制造工藝中通常需要使用價(jià)格高的石油原料。臘和潤滑脂(或潤滑脂基礎(chǔ)原料(grease base-stock))通常是由石油原料或氣-液法制備的。石油原材料的價(jià)格隨著時(shí)間逐漸升高，因此蠟和潤滑脂的價(jià)格也穩(wěn)步上升。近來，已經(jīng)在天然氣(主要是甲燒)儲(chǔ)層和利用費(fèi)歇爾-托羅普希法(Fischer-Tropschprocess)方面有一些發(fā)現(xiàn)；它們可以轉(zhuǎn)化得到鏈更長的烴從而提供汽油、潤滑油、潤滑脂基礎(chǔ)原料和蠟。以這種方式制備的產(chǎn)品相對(duì)更貴，因此，需要利用易于獲得的聚乙烯廢棄物并將它們循環(huán)利用，從而以相當(dāng)?shù)偷某杀緛碇苽湎嗤牟牧?。有利的是，以相?duì)便宜的方法來制備蠟和潤滑脂基礎(chǔ)原料。這種方法理想地利用易于獲得的廉價(jià) 原料并且使用便宜的工藝。在已知的工藝中已經(jīng)使用廢棄塑料/聚合物來制造這類產(chǎn)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制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(shù)聚合物/塑料廢棄物可能是聚乙烯，由于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(dǎo)致材料損失和使土地荒蕪，而后者導(dǎo)致排放溫室氣體；當(dāng)前，在全部塑料廢棄物中僅有一小部分被循環(huán)利用為二次聚合物，但該二次聚合物的質(zhì)量差并且經(jīng)濟(jì)利潤低。近年來，已經(jīng)進(jìn)行了很多努力要將這些聚合固體廢棄物轉(zhuǎn)化成有用的產(chǎn)品，例如燃料、潤滑劑、蠟和潤滑脂基礎(chǔ)原料?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)化方法可能還不夠有效并且會(huì)向環(huán)境中排放溫室氣體。另外，當(dāng)前的技術(shù)可能對(duì)廢棄塑料原料的品質(zhì)和量較為敏感，它們可對(duì)最終產(chǎn)品的品質(zhì)產(chǎn)生影響。這是尤其重要的，因?yàn)樗芰蠌U棄物根據(jù)不同的塑料等級(jí)可具有不同的稠度。


本文將參照附圖描述多種實(shí)施方案，其中:圖1示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案、通過催化解聚使混合聚乙烯廢棄物轉(zhuǎn)化從而制備蠟和潤滑脂基礎(chǔ)原料的示例性方法的流程圖；圖2示出了在本發(fā)明的背景中，使用現(xiàn)有方法制備的微晶蠟的氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)結(jié)果的示例圖；圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)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(jié)果的示例圖；圖4示出了在本發(fā)明的背景中，使用現(xiàn)有方法制備的微晶蠟的差示掃描量熱(DSC)分析圖；圖5示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)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(jù)一個(gè)實(shí)施方案的樣品I潤滑脂基礎(chǔ)原料的以剪切速率的對(duì)數(shù)(log)相對(duì)于粘度的對(duì)數(shù)作的圖；圖7示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的樣品2潤滑脂基礎(chǔ)原料的以剪切速率的對(duì)數(shù)相對(duì)于粘度的對(duì)數(shù)作的圖；以及圖8示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案用于使混合聚乙烯廢棄物轉(zhuǎn)化以制備蠟和潤滑脂基礎(chǔ)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，而并非旨在以任何方式限制本公開的范 圍。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了一種通過廢棄塑料的催化解聚來制備蠟和潤滑脂基礎(chǔ)原料的方法。在以下對(duì)本發(fā)明主題的實(shí)施方案的詳細(xì)說明中，將引用附圖，這些附圖成為說明書的一部分，并且在這些附圖中以示例的方式示出了可實(shí)施本發(fā)明主題的具體實(shí)施方案。這些實(shí)施方案被描述的足夠詳細(xì)以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的主題，應(yīng)當(dāng)理解的是，可以利用其他的實(shí)施方案，并且可以在不偏離本發(fā)明主題的范圍的情況下進(jìn)行改變。因此，不能將以下詳細(xì)說明視為是對(duì)本發(fā)明主題的范圍的限制，本發(fā)明主題的范圍是通過隨附的權(quán)利要求書來限定的。圖1示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案通過混合聚乙烯廢棄物的催化解聚來制備蠟和潤滑脂基礎(chǔ)原料的示例性方法的流程圖100。蠟是易于熔化的滑溜的固體物質(zhì)。通常，蠟的熔點(diǎn)介于45°C至130°C之間，并且其閃點(diǎn)(即蠟?zāi)軌驓饣诳諝庵行纬煽扇夹曰旌衔锏淖畹蜏囟?介于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(dòng)物的天然分泌物。另外，蠟可以通過使用諸如費(fèi)歇爾-托羅普希法這樣的方法合成得到。潤滑脂或潤滑脂基礎(chǔ)原料為半固態(tài)物質(zhì)，其被引入兩個(gè)移動(dòng)的表面之間以減少它們之間的摩擦，從而提高效率并降低磨耗。市售可得的潤滑脂通常是通過將潤滑脂基礎(chǔ)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制備的。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、硅酮等。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(gè)實(shí)施方案中，也可用聚乙烯初級(jí)顆粒制備蠟和潤滑脂基礎(chǔ)原料。另外，混合聚乙烯廢棄物可以包含最多達(dá)約10%的雜質(zhì)(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(yù)熱，從而形成熔化的混合聚乙烯廢棄物。例如，在與高壓反應(yīng)器(例如圖8的反應(yīng)器804)連接的擠出機(jī)中將混合聚乙烯廢棄物預(yù)熱。在擠出機(jī)中形成的熔化的混合聚乙烯廢棄物被基本上連續(xù)地推入高壓反應(yīng)器。在步驟104中，在處于所需溫度下的高壓反應(yīng)器中，使用催化劑使熔化的混合聚乙烯廢棄物開始進(jìn)行解聚反應(yīng)，其中所述高壓反應(yīng)器中使用加熱器。所用的催化劑為[Fe-Cu-Mo-P]/Al2O3，其被設(shè)置在高壓反應(yīng)器的攪拌槳上。該催化劑是通過以下方式制備的:將鐵-銅絡(luò)合物結(jié)合至氧化鋁載體并使之與雜多酸反應(yīng)，從而得到最終的催化劑。高壓反應(yīng)器中的溫度在約300°C至600°C的范圍內(nèi)。
在步驟106中，使熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，直到高壓反應(yīng)器中的壓力達(dá)到所需值。高壓反應(yīng)器中的壓力在約50磅力/平方英寸表壓(psig)至350磅力/平方英寸表壓的范圍內(nèi)。在步驟108中，改變所述高壓反應(yīng)器中的壓力的所需值以生成不同等級(jí)的蠟和潤滑脂基礎(chǔ)原料。例如，不同等級(jí)的蠟包括具有60°C至100°C的不同熔點(diǎn)的蠟。在步驟110中，當(dāng)反應(yīng)器中的壓力達(dá)到所需值時(shí)，關(guān)閉加熱器并停止熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應(yīng)。在解聚反應(yīng)過程中，熔化的混合聚乙烯廢棄物被轉(zhuǎn)化成蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料。在步驟112中，當(dāng)轉(zhuǎn)化得到的蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料是液體并實(shí)質(zhì)上高于閃點(diǎn)時(shí)，將所述轉(zhuǎn)化得到的蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料排放到容器中?？勺⒁獾?，在解聚反應(yīng)過程中，沒有釋放出氣體，因此，碳以蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料的形式被完全回收。在步驟114中，使用高壓至低壓循環(huán)使所排放的轉(zhuǎn)化得到的蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料中的顏料顆粒/雜質(zhì)開始聚結(jié)。在步驟116中，使所述顏料顆粒/雜質(zhì)和所述轉(zhuǎn)化得到的蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料在所述容器中沉降為分離的層。

圖2示出了在本發(fā)明的背景中使用現(xiàn)有方法制備的微晶蠟的氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)結(jié)果的示例性圖200。例如，GC-MS是一種將氣液色譜和質(zhì)譜的特征組合的方法，其用來鑒定使用現(xiàn)有方法制備的微晶蠟中的不同組分。(微晶蠟是熔點(diǎn)在60°C至100°C范圍內(nèi)并且通常比石蠟硬的一類蠟)。圖200的X軸表示保留時(shí)間，y軸表示強(qiáng)度。圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)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(jié)果的示例性圖300。HDPE廢棄物的解聚反應(yīng)是根據(jù)圖1示例的方法進(jìn)行的。在高壓反應(yīng)器(其容積為6.5升)中，采用約3.5kg的購自當(dāng)?shù)厥袌龅腍DPE廢棄物進(jìn)行解聚反應(yīng)。進(jìn)行了不同的試驗(yàn)來比較由解聚反應(yīng)獲得的蠟和利用現(xiàn)有方法制備的微晶蠟的特性。在試驗(yàn)I中,選擇140磅力/平方英寸表壓(psig)的所需壓力。當(dāng)高壓反應(yīng)器內(nèi)部的壓力達(dá)到140磅力/平方英寸表壓時(shí)，停止解聚反應(yīng)。將所得蠟排出、冷卻并用GC-MS測試。表I示出了通過解聚反應(yīng)獲得的蠟與市售可得的ARGE蠟(一種費(fèi)歇爾-托羅普希蠟)的性質(zhì)的對(duì)比。復(fù)I
權(quán)利要求
1.一種通過催化解聚使混合聚乙烯廢棄物轉(zhuǎn)化從而制備蠟和潤滑脂基礎(chǔ)原料的方法，包括: 將所述混合聚乙烯廢棄物預(yù)熱從而形成熔化的混合聚乙烯廢棄物； 在處于所需溫度下的高壓反應(yīng)器中，使用催化劑使所述熔化的混合聚乙烯廢棄物開始進(jìn)行解聚反應(yīng)，其中所述高壓反應(yīng)器內(nèi)使用加熱器，并且所述催化劑設(shè)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(yīng)持續(xù)進(jìn)行直到所述高壓反應(yīng)器中的壓力達(dá)到所需值；以及 當(dāng)所述反應(yīng)器中的壓力達(dá)到所述所需值時(shí)，關(guān)閉所述加熱器并停止所述熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應(yīng)，其中所述混合聚乙烯廢棄物被轉(zhuǎn)化成蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 當(dāng)轉(zhuǎn)化得到的蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料為液體并且實(shí)質(zhì)上高于閃點(diǎn)時(shí)，將所述轉(zhuǎn)化得到的蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料排放到容器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溫度在約300°C至600°C的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述混合聚乙烯廢棄物預(yù)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(jī)將所述混合聚乙烯廢棄物預(yù)熱以形成所述熔化的混合聚乙烯廢棄物，并且其中所述擠出機(jī)與所述反應(yīng)器相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求 4所述的方法，還包括: 當(dāng)所述混合聚乙烯在所述擠出機(jī)中達(dá)到熔融狀態(tài)時(shí)，基本上連續(xù)地將所述混合聚乙烯廢棄物推入所述反應(yīng)器。
6.根據(jù)權(quán)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/平方英寸表壓的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)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(gòu)成的組中的聚乙烯。
8.根據(jù)權(quán)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(dá)約10%的雜質(zhì)，并且其中所述雜質(zhì)包括選自由聚丙烯和聚苯乙烯構(gòu)成的組中的物質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 改變所述的高壓反應(yīng)器中的壓力的所需值，從而制備不同等級(jí)的蠟和潤滑脂基礎(chǔ)原料。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括: 采用高壓至低壓循環(huán)誘導(dǎo)所排放的轉(zhuǎn)化得到的蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料中的顏料顆粒/雜質(zhì)發(fā)生聚結(jié)；以及 使所述顏料顆粒/雜質(zhì)和所述轉(zhuǎn)化得到的蠟或潤滑脂基礎(chǔ)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(jí)顆粒轉(zhuǎn)化從而制備蠟和潤滑脂基礎(chǔ)原料的方法，包括: 將所述聚乙烯初級(jí)顆粒預(yù)熱，從而形成熔化的聚乙烯初級(jí)顆粒； 在處于所需溫度下的高壓反應(yīng)器中，使用催化劑使所述熔化的聚乙烯初級(jí)顆粒開始進(jìn)行解聚反應(yīng)，其中所述高壓反應(yīng)器內(nèi)使用加熱器，并且所述催化劑設(shè)置在攪拌槳上； 使所述熔化的聚乙烯初級(jí)顆粒的解聚反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，直到所述高壓反應(yīng)器中的壓力達(dá)到所需值；以及 當(dāng)所述反應(yīng)器中的壓力達(dá)到所述所需值時(shí)，關(guān)閉所述加熱器并停止所述熔化的聚乙烯初級(jí)顆粒的解聚反應(yīng)，其中所述聚乙烯初級(jí)顆粒被轉(zhuǎn)化成蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括: 當(dāng)轉(zhuǎn)化得到的蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料為液體并且實(shí)質(zhì)上高于閃點(diǎn)時(shí)，將所述轉(zhuǎn)化得到的蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料排放到容器中。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述溫度在約300°C至600°C范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)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/平方英寸表壓的范圍內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中將所述聚乙烯初級(jí)顆粒預(yù)熱從而形成所述熔化的聚乙烯初級(jí)顆粒的步驟包括: 使用擠出機(jī)將所述聚乙烯初級(jí)顆粒預(yù)熱，從而形成所述熔化的聚乙烯初級(jí)顆粒，并且其中所述擠出機(jī)與所述反應(yīng)器相連。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括: 當(dāng)所述聚乙烯初級(jí)顆粒在所述擠出機(jī)中達(dá)到熔融狀態(tài)時(shí)，基本上連續(xù)地將所述聚乙烯初級(jí)顆粒推入所述反應(yīng)器。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述聚乙烯初級(jí)顆粒包含選自由LPDE、LLPDE和HPDE構(gòu)成的組中的聚乙烯。
19.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括: 改變所述的高壓反應(yīng)器中的壓力的所需值，從而制備不同等級(jí)的蠟和潤滑脂基礎(chǔ)原料。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括: 采用高壓至低壓循環(huán)誘導(dǎo)所排放的轉(zhuǎn)化得到的蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料中的顏料顆粒/雜質(zhì)發(fā)生聚結(jié)；以及 使所述顏料顆粒/雜質(zhì)和所述轉(zhuǎn)化得到的蠟或潤滑脂基礎(chǔ)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(zhuǎn)化從而制備潤滑脂基礎(chǔ)原料的方法，包括: 將所述混合聚乙烯廢棄物預(yù)熱，從而形成熔化的混合聚乙烯廢棄物； 在處于所需溫度下的高壓反應(yīng)器中，使用催化劑使所述熔化的混合聚乙烯廢棄物開始進(jìn)行解聚反應(yīng)，其中所述高壓反應(yīng)器內(nèi)使用加熱器，并且所述催化劑設(shè)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(yīng)持續(xù)進(jìn)行，直到所述高壓反應(yīng)器中的壓力達(dá)到所需值；以及 當(dāng)所述反應(yīng)器中的壓力達(dá)到所述所需值時(shí)，關(guān)閉所述加熱器并停止所述熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應(yīng)，其中所述混合聚乙烯廢棄物被轉(zhuǎn)化成所述潤滑脂基礎(chǔ)原料。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括:當(dāng)轉(zhuǎn)化得到的潤滑脂基礎(chǔ)原料為液體并實(shí)質(zhì)上高于閃點(diǎn)時(shí)，將所述轉(zhuǎn)化得到的潤滑脂基礎(chǔ)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(zhuǎn)化從而制備蠟的方法，包括: 將所述混合聚乙烯廢棄物預(yù)熱，從而形成熔化的混合聚乙烯廢棄物； 在處于所需溫度下的高壓反應(yīng)器中，使用催化劑使所述熔化的混合聚乙烯廢棄物開始進(jìn)行解聚反應(yīng)，其中所述高壓反應(yīng)器內(nèi)使用加熱器，并且所述催化劑設(shè)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(yīng)持續(xù)進(jìn)行，直到所述高壓反應(yīng)器中的壓力達(dá)到所需值；以及 當(dāng)所述反應(yīng)器中的壓力達(dá)到所述所需值時(shí)，關(guān)閉所述加熱器并停止所述熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應(yīng)，其中所述混合聚乙烯廢棄物被轉(zhuǎn)化成蠟。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，還包括: 當(dāng)轉(zhuǎn)化得到的蠟為液體并 實(shí)質(zhì)上高于閃點(diǎn)時(shí)，將所述轉(zhuǎn)化得到的蠟排放到容器中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使混合聚乙烯廢棄物解聚的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，在通過催化解聚使混合聚乙烯廢棄物轉(zhuǎn)化以制備蠟和潤滑脂基礎(chǔ)原料的過程中，將混合聚乙烯廢棄物預(yù)熱以形成熔化的混合聚乙烯廢棄物。隨后開始進(jìn)行熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應(yīng)。在處于所需溫度下的高壓反應(yīng)器中，使用催化劑進(jìn)行該解聚反應(yīng)，其中所述高壓反應(yīng)器中使用加熱器。催化劑設(shè)置在攪拌槳上。使熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行直到高壓反應(yīng)器中的壓力達(dá)到所需值。當(dāng)反應(yīng)器中的壓力達(dá)到所需值時(shí)，關(guān)閉加熱器并停止該熔化的混合聚乙烯廢棄物的解聚反應(yīng)。該混合聚乙烯廢棄物被轉(zhuǎn)化為蠟或潤滑脂基礎(chǔ)原料。
文檔編號(hào)C07C4/08GK103168016SQ201180034887
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者阿尼爾·庫馬爾, 普什卡爾·庫馬爾 申請(qǐng)人:綠色頌歌再生科技有限公司