本发明涉及固体废弃物再利用及资源化利用，尤其涉及一种燃油及光热协同催化塑料热解生产燃油的方法。
背景技术：
1、随着我国经济的快速发展，塑料制品在日常生活、工业生产等领域得到了广泛应用。然而，塑料制品在使用过程中产生的废弃物数量逐年攀升，给环境带来了严重负担。据统计，我国每年产生的塑料废弃物约为8000万吨，而有效回收利用率不足50%。由于废塑料处置不当，大量塑料废弃物采用填埋、焚烧等处理方式，不仅占用大量土地资源，还会产生有害气体和污染物，严重威胁生态环境和人类健康。因此，将废塑料转化为高附加值化学品，不仅实现了废旧塑料的高效回收利用，也是治理白色污染的有效途径。传统热解处理途径往往需要较高温度（>500℃），从而导致巨大的能量输入和耗散，使得经济性降低，且得到的化学品的附加值较低。因此，寻找节能、环保的塑料处理方式，且提高化学品的附加值具有非常重要的研究价值。
技术实现思路
1、本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种燃油及光热协同催化塑料热解生产燃油的方法。
2、本发明的一个方面，本发明提出了一种光热协同催化塑料热解生产燃油的方法。根据本发明的实施例，可参考图1，该方法包括：
3、（1）将塑料热解，得热解蒸气；
4、（2）将所述热解蒸气在催化剂和光照下催化反应，得混合产物；
5、（3）将混合产物冷凝，得燃油。
6、根据本发明上述实施例的方法，首先将塑料热解，得到热解蒸气，再将热解蒸气在催化剂和光照下催化反应，得到混合产物，分别采用上述两个阶段依次对塑料进行热处理和光催化处理，即光热协同催化热解塑料可以直接将光能转化成热能，实现塑料的高效热解，降低能源消耗。同时，由于光化学和热化学的共同贡献，反应中产生的高能光子可以促进惰性塑料分子活化，产生活性的自由基和片段，从而显著提高了成品油的汽油区间和航油区间选择性，大大提高了燃油的品质。最后将混合产物冷凝，可冷凝部分进行冷凝收集为燃油，不可冷凝部分作为可燃气体收集。
7、需要说明的是，塑料包括但不限于废旧塑料。热解可将塑料放入热解炉中热解。同时本技术对光照采用的光的来源并不做特别限定，例如太阳光，太阳光包括紫外光、可见光和近红外光，太阳光可以是天然太阳光源或模拟太阳光（包括但不限于氙灯）。
8、在本发明的一些实施例中，步骤（1）中，所述热解的温度为375℃~550℃。例如热解的温度为375℃，380℃，400℃，420℃，450℃，470℃，500℃，550℃等，或上述任意两个数值之间的范围。发明人发现，不同温度下对于产物的形成有着显著影响，温度较低的情况下更倾向于形成液态产物（如油类）和固态产物（如炭），在较低的热解温度下，聚合物链会断裂形成较大的碳氢化合物，而在较高的热解温度下，生成的产物会更倾向于气态化合物，如h2，ch4，c2h4等，液态产物会降低。控制热解的温度在上述范围内，便于得到有利于后续反应进行的热解蒸气。
9、在本发明的一些实施例中，步骤（1）中，所述塑料包括低密度聚乙烯（ldpe）、高密度聚乙烯（hdpe）、聚丙烯（pp）、聚苯乙烯（ps）、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酸酯中至少一种，优选聚丙烯。
10、在本发明的一些实施例中，步骤（1）中，所述塑料的粒径为1mm~100mm。通过控制塑料的粒径在上述范围内，可以将塑料热解的更彻底，降低能耗。需要说明的是，本技术对具体塑料颗粒的形状不作特别限定，例如为片形或球形。
11、在本发明的一些实施例中，步骤（1）还包括：通入惰性气体，所述惰性气体携带所述热解蒸气移动。具体地，所述惰性气体的流速不大于200ml/min。惰性气体包括氩气、氦气中的至少一种。通过向热解容器中通入惰性气体，可协助热解蒸气快速移动至催化剂阶段进行催化反应，提高反应效率。
12、在本发明的一些实施例中，步骤（2）中，所述催化剂包括前驱体和负载在所述前驱体上的负载体，所述前驱体包括金属氧化物、分子筛、生物炭中的至少一种，所述负载体包括半导体材料。发明人发现，采用上述类型的催化剂，可以实现全光谱吸收，能够降低热解反应温度，同时可以有效的提高热解油中汽油和航油的选择性，从而显著提高油的品质。需要说明的是，本技术的催化剂可循环再生，重复利用，从而显著降低生产成本。
13、在本发明的一些实施例中，催化剂的制备方法包括浸渍法或沉淀法，优选浸渍法。
14、作为示例，所述催化剂制备方法如下：将钛酸四丁酯与γ-al2o3混合于无水乙醇中，搅干后进行煅烧，后续负载ni金属粒子，制备得到既具有光效应又具有热效应的催化剂。
15、在本发明的一些实施例中，基于所述催化剂的总质量，所述负载体的质量占比为1%~20%。例如质量占比为1%，3%，5%，8%，10%，13%，15%，17%，20%等，或任意上述两个数据之间的范围。发明人发现，负载体的质量占比控制在上述范围内，可以提高油的得率和对于汽油区间和航油区间的选择性，制备得到高产率的汽油区间和航油区间产物。
16、在本发明的一些实施例中，所述半导体材料包括ti、si、ge中的至少一种。
17、在本发明的一些实施例中，所述负载体还包括金属，所述金属包括镍、铁、锌中的至少一种。发明人发现，负载体包括金属时，金属粒子的负载可以实现催化剂的快速加热和局部高温，提高催化效率，降低能耗。
18、在本发明的一些实施例中，基于所述催化剂的总质量，所述金属的质量占比不大于15%，例如质量占比为1%，2%，3%，5%，7%，10%，12%，15%等。发明人发现，基于所述催化剂的总质量，所述金属的质量占比不大于15%，可以提高燃油产率，且保证汽油区间和航油区间产物的选择性。
19、在本发明的一些实施例中，所述塑料与所述催化剂的质量比为（1~4）：（2~1）。例如质量比为1：2，2：2，3：2，4：2，2：1，3：1，4：1等。发明人发现，随着塑料原料质量的增加，油得率逐渐升高，但是伴随着油品质量下降，如果原料增至一定质量，就会产生蜡。因此，本技术塑料与催化剂的质量比在上述范围内，可以提高油的质量，得到高产率的汽油区间和航油区间产物。
20、在本发明的一些实施例中，步骤（2）中，所述催化反应的温度为375℃~550℃，所述催化反应的时间为15min~40min。例如温度为375℃，380℃，400℃，420℃，450℃，470℃，500℃，550℃等，时间为15min，20min，25min，30min，35min，40min等。发明人发现，催化温度主要影响产物的分布和选择性，第一阶段热解后的产物会进一步在催化剂的作用下进行裂解和重整，较低的催化温度会有利于生成更多的液态产物，催化温度越高，最终产物就会越倾向于气体产物，同时积碳情况会发生，降低催化剂的活性和寿命。因此，本技术控制催化反应的温度和时间在上述范围内，可以得到高产率的汽油区间和航油区间产物。
21、需要说明的时，催化反应保持上述温度范围内，需要进行加热，本技术对具体的加热方式不作特别限定，例如采用电阻加热，或采用氙灯加热等，具体地，催化段由两台光源对向照射催化剂提供能量，通过改变光源强度或两台光源距离以此来改变催化温度，光源强度可以通过输出功率体现，输出功率为250w~500w。距离调整可以通过温度耦合正反丝杆滑台控制实现，两灯之间距离调整为100mm~1000mm。且可以采用热电偶插入催化段中心测定温度。
22、本发明的第二个方面，本发明提出了一种燃油。根据本发明的实施例，该燃油采用上述方法制备。因而该燃油具有较高的附加值。
23、在本发明的一些实施例中，所述燃油中c5~c12的汽油的质量占比不小于70%，所述燃油中的c8~c12的航空燃油的质量占比不小于76%。
24、本发明具有至少如下技术效果：
25、（1）以塑料或废弃塑料为原料制备高品质燃油，减少环境污染的同时缓解了化石燃料的日益短缺问题，符合目前“双碳”政策。
26、（2）通过对催化剂进行改性，负载半导体和/或金属粒子，能够降低热解反应温度，同时在改性催化剂作用下，可以有效地提高对于热解油中汽油和航油的选择性，从而显著提高油的品质。
27、（3）本发明使用可持续能源光进行光热协同催化反应，在光热条件下，太阳光中的紫外光部分可以有效降低塑料惰性，改性催化剂可以吸收可见光和红外光部分，将光能转化为热能，减少了能耗。
28、（4）本发明反应后的催化剂可以进行回收，从而实现循环利用，提高经济性，同时，得到的可燃性气体提纯后可以当作合成气或民用燃气使用。
1.一种光热协同催化塑料热解生产燃油的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（1）中，所述热解的温度为375℃~550℃。
3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，步骤（1）中，所述塑料包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酸酯中至少一种；
4.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，步骤（1）还包括：通入惰性气体，所述惰性气体携带所述热解蒸气移动；
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（2）中，所述催化剂包括前驱体和负载在所述前驱体上的负载体，所述前驱体包括金属氧化物、分子筛、生物炭中的至少一种，所述负载体包括半导体材料。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，基于所述催化剂的总质量，所述负载体的质量占比为1%~20%；
7.根据权利要求1或5所述方法，其特征在于，所述塑料与所述催化剂的质量比为（1~4）：（2~1）。
8.根据权利要求1或5所述方法，其特征在于，步骤（2）中，所述催化反应的温度为375℃~550℃，所述催化反应的时间为15min~40min。
9.一种燃油，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述方法制备。
10.根据权利要求9所述燃油，其特征在于，所述燃油中c5~c12的汽油的质量占比不小于70%，所述燃油中的c8~c12的航空燃油的质量占比不小于76%。
