[发明专利]一种生物质自催化共裂解制备烃类物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种利用混合废弃物制备烃类物的技术，具体为以生物质和聚合物废弃物为原料通过自催化共裂解技术制备烃类物。

背景技术

目前，中国大城市遭遇垃圾困境，同时人们还面临着资源和能源的短缺问题。在很多国家，固体废弃物的主要组成为65％的纤维素和木质素衍生材料，15％的聚合物材料以及20％的无机材料。聚合物是以石油、天然气、煤等自然资源为原料，人工合成的高分子聚合物，它们与生物质的共性是，都属于富含碳氢元素的大宗物料。我国是世界上最大的水稻种植国家，据农业部的统计，2005年我国稻谷产量18059万吨，稻壳通常占稻谷的20％，照此计算，产生3600多万吨稻壳，稻壳资源十分丰富。稻壳的主要组成是纤维素类、木质素类和硅类，稻子品种及产地不同，其组成有所差别，大致组成为：粗纤维35.5％～45％(缩聚戊糖16％～22％)、木质索21％～26％、二氧化硅10％～21％。

生物质热解得到的液体主要是含氧较高的一类有机物如苯酚、甲酚等含氧化合物和C10～C16的烃类及芳香烃类化合物。因含氧较高、热值较低，对发动机产生较强的腐蚀、点火延迟及存储不稳定等问题尚存一定的困难。同时还存在生物热解得到的液体油，同传统燃料混合的相溶性差等问题，阻碍其广泛应用。为克服生物质单独热解产生的液体存在上述缺陷，本发明将其同其它物质如聚合物等共热解。废聚合物的单独热解还存在石蜡产率高、轻质油产率低、液体油品辛烷值低等问题，阻碍其广泛应用。生物质与共聚物的共热解主要基于生物质可为其的热解提供了氢源和微量的氧，有利于C-C、C-H键的断裂。

生物质与聚合物共热解具有很强的协同作用，生物质热解固体产物主要是带有含氧官能团的脂肪族低聚物，在这个温度范围内缓慢地发生脱水、脱氧和聚合反应。在反应中起到了储存和提供活性自由基的作用，用简单的式子表示其机理为：生物质→固体+自由基→自由基+聚合物→断链→轻质液相产物。

早期的裂解方法均为简单的热裂解方法。但是，这种方法有明显的缺陷，即耗能高、效率低、产率不高、选择性不强。因此人们迅速开发出了催化热裂解方法，在热裂解阶段加入催化剂，一来可以降低原料裂解所需的活化能，降低能耗，提高效率，而且还可以提高产物的选择性，因此这种方法相对于热裂解法有着明显的优势，但由于采用催化剂提高了成本，而且催化剂本身不易回收。

发明内容

本发明目的是提供一种利用混合废弃物制备烃类物的技术，具体为以生物质和聚合物废弃物为原料通过自催化共裂解技术制备烃类物。本发明充分利用生物质的硅资源，实现资源的循环使用，催化剂的成本低；裂解条件温和，属环境友好技术。

本发明提供生物质自催化共裂解制备烃类物的方法，以生物质和聚合物废弃物为原料，通过添加催化助剂和生物质自催化共裂解技术制备烃类化合物，裂解在常压反应器中进行，具体制备步骤如下：

第1步：将聚合物混合废弃物去异物和生物质，经粉碎和干燥，按干燥生物质∶聚合物废弃物重量比为10～1∶1混合，按用量为原料重量的0.5～3.5％加入催化剂助剂。

第2步：通入氢气或氮气，排出反应器的空气。升温至在400～550℃进行裂解反应，反应时间为1～6小时。

第3步：边裂解边收集气体产物。含C1～C4的烃类气体中可液化气体，经可液化气体后处理器处理，获得烃类可液化产物。不可液化的气体导入燃烧室，为共裂解提供能量。

第4步：边裂解边收集液体产物，液体产物经过冷凝器冷凝后收集。液体产物经过分层，获得烃类液体产物和水溶性有机物。烃类液体产物可经分段蒸馏后获不同产品，或继续精细裂解获轻质烃类化合物。水溶性有机物经过提质，获不同的含氧有机物。

第5步：残渣经后处理获无定型硅。

本发明混合废弃物的种类：生物质包括稻壳、稻杆、竹类、麦秸等农林加工废弃物；聚合物废弃物包括聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、废轮胎和日常废弃塑料等。

本发明生物质粉碎后在110℃干燥半小时；聚合物废弃物去异物，粉碎，在110℃干燥半小时。

本发明利用生物质无定型硅的自催化作用和催化剂助剂的共协同催化裂解技术。催化剂助剂为金属氧化物，铝酸盐，碱金属盐和碱土金属盐；催化剂助剂用量为原料重量的0.5～3.5％；优选为2.5％。

本发明反应气氛为氢气或氮气、真空无氧。优选氢气。

本发明反应条件为：常压下进行，反应气为氢气或氮气、真空无氧。热解温度在400～550℃，优选为450～520℃。

本发明反应时间1～6小时，优选为3～4.5小时。