[发明专利]一种化学催化法生产生物质燃气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学催化法生产生物质燃气的方法，具体的，本发明涉及一种以自然界中富含纤维素、半纤维素、糖或淀粉的农林生物质为原料生产气体烷烃的方法。该方法为一种将生物质经含酸水溶液水解处理后，经中和和过滤后形成的碳水化合物水溶液经加氢脱氧-裂解生产气体烷烃的技术。

技术背景

生物质是一类巨大的含碳可再生资源，包括农业生产的废弃物和剩余物、林木及林业加工废弃物、草类等植物，是地球上最丰富的可再生资源，其主要含碳成分包括纤维素、半纤维素和木质素三部分，有些还含有碳水化合物。为了提高其能量密度，人们一直在寻找充分、有效地利用生物质的新技术、新方法，多种生物质能利用技术也陆续被研究开发出来。从目前来看，生物质资源的利用方式大体上有物理转化，化学转化和生物转化三个方面，具体可很为直接燃烧、气化、热解液化、固化、发酵等技术。

提高生物质利用的能量密度，脱除里面的氧是最好的一种方式之一。纤维素、半纤维素和淀粉成分通过水解和加氢手段可以获取糖(主要是葡萄糖和木糖)或糖醇(主要是山梨醇和木糖醇)。这些糖/糖醇被认为是新一代生物质能源平台化合物，通过催化加氢脱氧或水相重整技术可以合成氢气、烷烃及化学品。国际上，Huber等人作为先驱者(Angew Chem Int Ed,2004,43:1549)，提出了由糖醇脱氧或重整制备C5/C6烷烃的新方法，制备了一种Pt/SiO2-Al2O3催化剂，可以有效地把糖醇转化为C5/C6烷烃，从而兴起了一种生物质液体烷烃技术的发展。在此基础上，国内在生物质C5/C6烷烃技术进行了研究与发展。其中，中国专利CN101550350A公开了一种生物汽油的制备方法与催化剂，其特点在于以山梨醇水溶液为原料，采用负载型贵金属Pt/HZM-5催化剂，在浆态床反应器里进行高压加氢脱氧反应，可以较高选择性地获得C5/C6烷烃。

而对于生物质脱氧制备更小的分子烷烃，如甲烷、乙烷等，目前报道主要是厌氧发酵方法的生物转化技术。厌氧发酵是指有机物在厌氧细菌的作用下进行代谢产生以甲烷为主的可燃气体(沼气)的过程。整个转化过程可分为三个步骤，首先将不可溶复合有机物转化成可溶化合物；然后可溶化合物再转化成短链酸与乙醇；最后经各种厌氧菌转化成沼气，一般含有50-80％的甲烷，热值可高达20MJ/m³，是一种优良的气体燃料。

此外，催化加氢脱氧或裂解是化工行业最普遍的脱氧手段之一。对于来自生物质的碳水化合物，它们的分子结构中氧的存在有助于化合物的反应性。水溶性碳水化合物在催化剂上通过加氢、氢解、裂解或者与氢反应从而产生多元醇、糖醇以及烃类化合物。Cortright等人的美国专利(公开号US20080216391和US20100076233)描述了一种化学催化手段能使碳水化合物转化成高级烃的方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种新的生产生物质燃气的方法，为农林生物质原料转化为烃燃料路线提供了一条应用性较强的技术。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种化学催化法生产生物质燃气的方法，包括以下步骤：

(1)用含酸水溶液水解处理生物质原料，得到的水解液经中和并过滤；

(2)滤液在催化剂作用下经加氢脱氧-裂解反应得到混合气体，分离后得到C1～C4烷烃，即为所述生物质燃气；所述催化剂为负载型催化剂，活性组分选自Ni或Ru中的至少一种，优选为Ru或Ru-Ni复合金属组分，负载量为1～6wt％，优选为2～4wt％；催化剂载体选自活性炭、ZrO₂、TiO₂和SiO₂中的一种或两种，优选为活性炭、ZrO₂或SiO₂-ZrO₂复合氧化物。

进一步地，上述生物质原料选自自然界中富含纤维素、半纤维素、糖和淀粉的农林废弃物或城市生活垃圾；所述农林废弃物选自玉米秸秆、玉米芯、高粱秆、浮萍、菊芋、木薯、稻草秆、麦秆或甘蔗渣；城市生活垃圾优选为厨余垃圾和下水道的淤泥。