[发明专利]通过两步法催化转化木质素为芳烃的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质新能源技术领域，尤其涉及一种通过两步法催化转化木质素为芳烃的方法。

背景技术

化石能源的不可再生性及其燃烧后造成的环境污染问题，使得开发可再生且环境友好型的生物质资源的任务迫在眉睫。木质素作为有潜力的一类富含芳香环的高能量密度的新能源载体，它目前的利用仅限于用作低价值的粘结剂和增强剂，而大部分的木质素作为造纸废水直接排入江河湖海中，不仅造成环境污染而且浪费资源。木质素作为高苯环含量且廉价丰富的可再生资源，由于其复杂三维的高分子结构难以溶解的性质导致转化难度大，所以研究进展缓慢无法得到充分利用。因此，如何有效地将木质素转换为能源燃料和高价值的化学品是当前研究的热点之一，也是难题之一。

木质素解聚的研究相对较少，专利CN101798052A发布了一种通过以天然木质素和工业木质素为原料，以负载型Ni基催化剂在极性溶剂甲醇、乙醇、异丙醇中，反应温度为180-250℃，反应氢气压力为3-8MPa的条件下，选择性得到酚类衍生物，而芳香烃的选择性低于10％。

专利CN 102701898A发布了一种通过两步法在有导电金属丝的筒形固定床反应器中把木质素定向转化为苯的方法。该方法第一步使用镍负载的改性沸石分子筛解聚木质素为液态酚类混合物，第二步用Re负载沸石分子筛在200-250℃转化酚类混合物定向转化为芳烃。这个过程很复杂，且在固定床反应器中木质素在固体催化剂上高温转化，固固反应使得催化剂的活性位难以接触，导致木质素转化率低且积炭严重。

从现有的技术可以看出，木质素解聚的效率低且反应需要苛刻的反应条件，且解聚得到的酚类油容易重新聚合使得酚类单体产率低。木质素氢解需要高压的氢气，在该反应条件下木质素衍生的苯环结构极易被氢化，因此脱氧过程更适合于第二步骤在高温低压的反应条件下进行。但这个过程的难点在于木质素得来的酚类油碳氧键键能很高，断裂碳氧键需要很苛刻的条件，因此很难平衡既能选择性的断裂碳氧键，又能选择性的脱氧保留苯环不被氢化得到芳烃。为了充分地利用木质素中丰富的天然苯环类结构，从而得到更广泛的芳烃类化工基础原料，发展在液相浆态床中高效转化木质素为芳烃的技术非常必要。

发明内容

本发明主要目的是提出一种通过两步法催化转化木质素为芳烃的方法，是一种从木质素中制备芳香烃的新方法，包括，第一步为液相高效转化木质素为酚类油(木质素氢解产物)，第二步为液相高选择性加氢脱氧木质素酚类油得芳烃。

本发明通过两步法催化转化木质素为芳烃的方法，包括如下步骤：

(a)在氢气压力2.0-10MPa条件下，在极性溶剂中，木质素在加氢解聚催化剂作用下氢解反应，反应温度为250-500℃，反应时间为2-24h，得到酚类油混合物；

(b)旋蒸去除极性溶剂后得到的酚类油混合物，在氢气压力0.1-3.0MPa条件下，在加氢脱氧催化剂、溶剂、高温低压条件下，在加氢脱氧催化剂作用下加氢脱氧反应，反应温度为150-500℃，反应时间1.0-10h，得到目的产物芳烃。

本发明方法，在低氢气压力条件下实现将木质素通过两步法催化转化为芳烃产物。所述芳烃产物包括主要的C₆-C₉芳烃混合物和少量的C₆-C₉环烷烃和链烷烃。

本发明方法制得的产物包括主要的C₆-C₉芳烃混合物。所述C₆-C₉芳烃混合物含有苯、甲苯、乙苯、丙苯。所述C₆-C₉芳烃混合物中，苯的比例为0-15wt％，甲苯的比例为5-20wt％，乙苯的比例为25-60wt％，丙苯的比例为30-70wt％。

本发明方法制备的产物中还可以含有少量的C₆-C₉环烷烃和链烷烃。其中，环烷烃的比例为0-10wt％，链烷烃的比例为0-5wt％。