聚乙烯廢塑料的熱裂解特性

聚乙烯熱解產(chǎn)物主要為脂肪族化合物，包括直鏈烷烴和直鏈烯烴。在較高熱解高溫下，聚乙烯可以生成大量氣態(tài)產(chǎn)物，包括氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等。聚乙烯塑料的熱解過程是一個吸熱過程，在沒有催化劑存在的情況下，一般在350-500°C的高溫下，聚乙烯塑料才能被裂解為液態(tài)的油、小分子氣體以及固體殘焦。一般認(rèn)為，相同的化學(xué)鍵在更高的反應(yīng)溫度和更高的升溫速率條件更易斷裂，因此高熱解溫度和高升溫速率可以促進(jìn)聚乙烯塑料熱解小分子產(chǎn)物的生成。

在一項不同溫度下高密度聚乙烯（HDPE）熱解過程研究發(fā)現(xiàn)，溫度對高密度聚乙烯熱解產(chǎn)物分布的影響顯著。在650°C，高密度聚乙烯熱解產(chǎn)物主要為石蠟狀物質(zhì)和少量的氣態(tài)產(chǎn)物，石蠟狀物質(zhì)成分主要為脂肪族碳?xì)浠衔铮欢?80°C，高密度聚乙烯熱解產(chǎn)物主要為氣態(tài)產(chǎn)物和少量的液態(tài)焦油，氣態(tài)產(chǎn)物主要成分為乙烯、甲烷和丙烷，液態(tài)焦油主要為芳香族化合物。

聚乙烯熱解過程中，C-C鍵斷裂屬于中間過程，不能被檢測，但雙鍵的形成與C-C鍵斷裂存在一一對應(yīng)的關(guān)系，從反應(yīng)壓力與雙鍵形成速率之間的聯(lián)系可以看出在聚乙烯熱解過程中，反應(yīng)壓力會直接影響到C-C鍵斷裂。研究發(fā)現(xiàn)壓力參數(shù)在低溫段對聚乙烯熱解揮發(fā)速率影響較小，在高溫段，較低壓力可以明顯促進(jìn)揮發(fā)性產(chǎn)物的生成及析出，并且溫度越高，壓力的影響越明顯。隨著反應(yīng)壓力的提高，中間反應(yīng)物的平均相對分子質(zhì)量有減小的趨勢。聚乙烯塑料在熱解過程中會同時發(fā)生隨機(jī)鏈斷裂和尾部鏈斷裂兩種斷裂反應(yīng)。在一定溫度范圍內(nèi)，隨機(jī)鏈斷裂只發(fā)生在相對分子質(zhì)量足夠大的初始反應(yīng)物分子內(nèi)部，然后形成相對分子質(zhì)量較小的中間反應(yīng)物，尾部鏈斷裂反應(yīng)只會不斷消耗初始反應(yīng)物。由于尾部鏈斷裂反應(yīng)發(fā)生在氣液交界處不斷生成揮發(fā)性產(chǎn)物，而隨機(jī)鏈斷裂反應(yīng)發(fā)生在液相中，所以反應(yīng)壓力只對尾部鏈斷裂反應(yīng)產(chǎn)生影響。

一般而言，選擇性加入催化劑會顯著降低塑料熱解反應(yīng)所需的溫度并縮短熱解反應(yīng)所需的時間。而在沒有催化劑存在的條件下，塑料直接熱解得到的焦油成分廣、辛烷值均較低，不適宜直接用來作汽油燃料，一般均需后續(xù)焦油提質(zhì)處理。