聚乙烯废塑料的热裂解特性

聚乙烯热解产物主要为脂肪族化合物，包括直链烷烃和直链烯烃。在较高热解高温下，聚乙烯可以生成大量气态产物，包括氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等。聚乙烯塑料的热解过程是一个吸热过程，在没有催化剂存在的情况下，一般在350-500°C的高温下，聚乙烯塑料才能被裂解为液态的油、小分子气体以及固体残焦。一般认为，相同的化学键在更高的反应温度和更高的升温速率条件更易断裂，因此高热解温度和高升温速率可以促进聚乙烯塑料热解小分子产物的生成。

在一项不同温度下高密度聚乙烯（HDPE）热解过程研究发现，温度对高密度聚乙烯热解产物分布的影响显著。在650°C，高密度聚乙烯热解产物主要为石蜡状物质和少量的气态产物，石蜡状物质成分主要为脂肪族碳氢化合物；而在780°C，高密度聚乙烯热解产物主要为气态产物和少量的液态焦油，气态产物主要成分为乙烯、甲烷和丙烷，液态焦油主要为芳香族化合物。

聚乙烯热解过程中，C-C键断裂属于中间过程，不能被检测，但双键的形成与C-C键断裂存在一一对应的关系，从反应压力与双键形成速率之间的联系可以看出在聚乙烯热解过程中，反应压力会直接影响到C-C键断裂。研究发现压力参数在低温段对聚乙烯热解挥发速率影响较小，在高温段，较低压力可以明显促进挥发性产物的生成及析出，并且温度越高，压力的影响越明显。随着反应压力的提高，中间反应物的平均相对分子质量有减小的趋势。聚乙烯塑料在热解过程中会同时发生随机链断裂和尾部链断裂两种断裂反应。在一定温度范围内，随机链断裂只发生在相对分子质量足够大的初始反应物分子内部，然后形成相对分子质量较小的中间反应物，尾部链断裂反应只会不断消耗初始反应物。由于尾部链断裂反应发生在气液交界处不断生成挥发性产物，而随机链断裂反应发生在液相中，所以反应压力只对尾部链断裂反应产生影响。

一般而言，选择性加入催化剂会显著降低塑料热解反应所需的温度并缩短热解反应所需的时间。而在没有催化剂存在的条件下，塑料直接热解得到的焦油成分广、辛烷值均较低，不适宜直接用来作汽油燃料，一般均需后续焦油提质处理。