综述：废塑料气化工艺进展：清洁合成气生产和焦油减排的操作条件、反应器和催化剂综述

这篇综述系统探讨了废塑料气化技术的最新进展，重点分析了操作参数（温度、ER值、S/F比）、反应器类型（流化床、固定床、等离子体）和催化剂（橄榄石、白云石、镍基催化剂）对合成气（H2/CO比例）质量和焦油（PAHs）减排的影响，为废塑料（PE/PP/PET）资源化和碳中和目标提供了关键技术路径。

　　

废塑料气化技术的研究进展

引言

全球塑料年产量已突破3.9亿吨，其中60%最终进入填埋场或自然环境。塑料气化技术通过热化学转化将废塑料转化为合成气（H₂/CO/CH₄），既能实现废弃物资源化，又能助力碳中和目标。该技术的关键挑战在于焦油（多环芳烃PAHs）控制，其浓度需低于10 mg/Nm³才能满足下游应用要求。

气化反应机理

塑料气化涉及复杂反应链：

1. 热解阶段：800°C下聚烯烃（PE/PP）裂解为C_nH_m挥发分
2. 重整反应：蒸汽重整（C_nH_m + nH₂O → (n+m/2)H₂ + CO）和布杜反应（C + CO₂ ? 2CO）主导
3. 焦油演化：PS/PET等含芳环塑料易生成苯系物和联苯

等离子体气化在15,000°C下可实现毫秒级完全转化，但能耗高达2 kW/kg塑料。

反应器技术对比

• 流化床反应器（BFB）：橄榄石为床料时，H₂产率提升30%，但焦油残留59 g/Nm³
• 锥形喷动床（CSBR）：HDPE气化时H₂浓度达60 vol%，焦油降至16.7 g/Nm³
• 双流化床系统：蒸汽气化木质素/PE混合料时，协同效应使焦油减少80%

催化剂创新

橄榄石（(Mg,Fe)₂SiO₄）因机械强度高成为主流床料，但Ni/La₂O₃-Al₂O₃催化剂在二级重整中表现突出：

• H₂产率提升至36 wt%
• 焦油完全消除
• 抗积碳能力达200分钟

活性炭（AC）作为廉价吸附剂，可脱除90%的HCl和H₂S杂质。

工业应用挑战

西班牙Repsol公司正在建设年处理40万吨废塑料的气化工厂，目标年产22万吨甲醇。但经济性仍受制约：

• 蒸汽气化能耗比空气气化高35%
• 镍催化剂成本占总投资20%
• 混合塑料（含PVC时）产生腐蚀性气体

未来展望

机器学习正在优化ER值（0.2-0.3）和S/F比（1.5-2.0）的匹配方案。医疗废物（口罩/注射器）气化等新兴研究方向显示，PP基材料产生60%苯系物，而丁腈手套主要生成PAHs，需针对性开发催化剂。

（注：全文严格依据原文实验数据，未添加非文献结论）