CaO催化PE热解及H2O对催化过程影响的ReaxFF MD研究与机理分析

贺兴处，陈德珍，梅振飞，阿迪力·巴吐尔，安青

（同济大学热能与环境工程研究所，上海 200092）

引言

近年来，塑料垃圾的产量逐年上升，据联合国环境署数据显示，全球塑料垃圾已高达49 亿吨，仅9%得到回收利用[1]。塑料垃圾的处理方法有填埋、焚烧、再生造粒和热解，而塑料难降解，填埋会增加土地资源使用压力、妨碍地下水渗透、造成土地二次污染；焚烧会产生二噁英、酸性气体引起污染；劣质废塑料无法用于再生造粒，而热解可以实现塑料垃圾的减量化、无害化和资源化利用。废塑料来自石油，具有很高的热值（高位热值42.1～49.4 MJ/kg)，十分接近于原油热值(48 MJ/kg)[2-3]，将其裂解变成油和气等高附加值能源产品被认为是废塑料减量化、无害化和资源化处理最可行的方法之一[4-6]。城市生活垃圾中含有六种主要的塑料组分，包括高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)[7]，其中PE（HDPE和LDPE）占40%以上甚至可达70%[8-9]，包装废物的63%都是由PE 制作而成[10]，采用热解来处理PE 是可行的利用途径之一[11-12]。

PE 的热解过程是一个极其复杂并涉及一系列连续化学反应的过程，如大分子的断键、异构、芳香化等反应。在热解过程中还会发生一系列二次热解反应，包括裂解反应、脱氢反应、加氢反应、缩聚反应、桥键分解反应等。热解的中间产物既包括大分子裂解成的小分子，也包括小分子聚合而成的较大的分子。同时，在热解过程中，通过改变反应器形式[13-14]、改变加热方式[15-16]和加催化剂[17-18]等方法可以实现产品调整，如生产蜡[19]、芳烃[20-21]等，大多数情况下，主要目标是油类的液体产物[22]，例如具有柴油属性的液体燃料[17]。……