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为解决塑料废弃物处理及炼油厂协同加工问题，研究人员对 90:10（wt%）的真空瓦斯油（VGO）和塑料热解油（PPO）混合物加氢处理进行研究。发现升温利于石脑油和轻循环油（LCO）增产，建立的六集总动力学模型可量化催化剂失活。为相关工艺优化提供依据。
在当今社会，塑料的广泛使用给生活带来极大便利，但塑料废弃物的不当处理却成为了一个棘手难题。大量塑料垃圾堆积在填埋场，不仅占用宝贵土地资源，还可能渗漏出有害物质污染土壤和地下水；流入海洋的塑料垃圾更是危害海洋生物，这些生物被人类食用后，还会威胁到人体健康。
面对如此严峻的形势，将塑料转化为有价值的产品成为了研究热点。其中，塑料热解技术脱颖而出，它能把塑料变成塑料热解油（PPO）。PPO 可运至炼油厂，与真空瓦斯油（VGO）一起进行加氢处理，生产出石脑油、轻循环油（LCO）等有价值的油品，既实现了塑料的资源化利用，又能减少炼油过程中的净二氧化碳排放，符合可持续发展理念。
然而，要在炼油厂大规模应用这一技术，还面临诸多挑战。比如，加氢处理涉及复杂的反应过程，需要精准优化反应器设计以及温度、压力、停留时间等操作条件，而这一切都离不开精准的动力学模型。此前，虽然有研究对 VGO 加氢裂化进行建模，但塑料与炼油厂原料共加工的动力学建模研究还较少。
在此背景下，来自国外的研究人员开展了深入研究。他们以 NiW/HY 为催化剂，对 90:10（wt%）的 VGO 和 PPO 混合物在 370 - 440°C、80 bar 氢气压力下，于半连续搅拌釜式反应器中进行加氢处理实验，并建立了六集总动力学模型。该研究成果发表在《Catalysis Today》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。通过对反应产物进行分析，获取不同温度和反应时间下各产物集总的产率数据；利用多种post - mortem表征技术对失活催化剂进行分析，研究焦炭和金属（Fe）沉积导致催化剂失活的机制。
研究结果
- 产物产率随温度变化：研究发现，温度对反应影响显著。随着温度升高，重循环油（HCO）剩余分数大幅降低，在 440°C 反应 180min 后，HCO 剩余分数降至 10.2wt%。同时，石脑油和 LCO 的产率明显增加，在 440°C、180min 时，这两种产物的产率总和超过 70wt%，转化率大于 75%。这表明升高温度有利于生成石脑油和 LCO 等有价值的油品。
- 催化剂失活模型：研究人员着重对催化剂失活进行研究，建立了可分离失活模型。该模型针对每个反应集总设定不同的失活函数，并关联了与焦炭含量相关的活性函数。研究发现，焦炭沉积导致的孔堵塞对分子扩散有选择性影响，不同体积的分子在不同集总中的扩散受到的影响不同。而且，在高温下，焦炭组分的加氢裂化更易发生，这在一定程度上缓解了焦炭沉积导致的催化剂失活。
研究结论与讨论
这项研究成功建立了 PPO 和 VGO 混合物加氢处理的六集总动力学模型，并对催化剂失活进行了量化分析。该模型考虑了焦炭和金属沉积对催化剂活性的影响，特别是焦炭沉积导致的选择性失活，为深入理解加氢处理反应过程提供了有力工具。
从实际应用角度来看，研究结果为炼油厂优化塑料与 VGO 共加氢处理工艺提供了重要依据。通过精准控制反应温度等条件，可以提高目标产物的产率，同时有效应对催化剂失活问题，降低生产成本，提高生产效率。此外，该研究对于推动塑料废弃物的资源化利用、减少环境污染具有重要意义，为实现可持续发展的炼油工艺提供了新的思路和方法。在未来的研究中，可以进一步拓展该模型的应用范围，研究不同原料组成和操作条件下的反应情况，不断完善模型，使其更好地服务于工业生产。
