[发明专利]一种生物质与塑料废弃物热解定向制备芳烃的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质能源转化以及固体废弃物资源化利用领域，具体地，涉及一种生物质与塑料废弃物热解定向制备芳烃的方法。

背景技术

生物质作为一种可再生和碳中性的能源来源，对其合理开发和利用有助于缓解我国资源匮乏和环境污染等问题，对我国经济和社会的可持续发展具有重要意义。通过热解可将生物质转化成为高附加值的燃料和化学工业原料，而且在热转化过程中基本不产生NO_x、SO₂等污染物，同时还实现CO₂的零排放，因此，生物质热解被认为是一种替代化石能源的有效途径。

芳烃类化学品，作为一类化学工业重要的基础原料，近些年因下游产品需求旺盛，导致苯、甲苯等出现缺口，在我国二甲苯(PX)的供应更是长期处于供不应求的局面。而芳烃主要来源于煤焦油和石油炼化。因此，开展以生物质为原料制备高品质芳烃化学品的研究对缓解能源紧张、保障国家能源安全具有重要意义。

目前单一生物质原料制备芳烃技术仍处于实验室研发阶段，其中，目标产品收率低和催化剂易失活仍是限制生物质制芳烃技术发展的瓶颈问题。其根本原因在于生物质原料具有贫氢、富氧的特点。研究表明，原料的有效氢碳比与高附加值化学品产率间存在相关性，有效氢碳比H/C_eff≤1的原料催化热解时容易产生大量积碳从而导致催化剂快速失活，难以转化为高品质的碳氢化合物。而常规生物质的H/C_eff仅为0.1～0.3。因此，有研究采用“富氢”且廉价的塑料废弃物作为氢源为“贫氢”的生物质热解供氢，一定程度上可缓解催化剂因积碳导致的失活问题，以及改善生物质热解液体产物结构。而且在生物质与塑料废弃物共催化转化过程中存在协同作用，其热解产物间可通过相互作用形成新的芳烃产物，进一步提高芳烃产率和选择性，如：生物质热解产物中呋喃类物质与聚烯烃热解产生的小分子烯烃类化合物之间发生双烯合成反应(Diels-Alder缩合反应)形成芳烃(Li X,et al.Improving the aromatic production in catalytic fast pyrolysis of cellulose by co-feeding low-density polyethylene.Applied Catalysis A-General 2013,455:114-21.)；生物质热解产生的醛、酮、醇类等小分子含氧化合物与塑料废弃物热解烯烃产物在分子筛催化剂表面可通过烃池反应参与芳烃的形成，有利于提高芳烃产率和选择性(Dorado C,et al.Origin of carbon in aromatic and olefin products derived from HZSM-5catalyzed co-pyrolysis of cellulose and plastics via isotopic labeling.Applied Catalysis B:Environmental 2015,162:338-45.)。

但是，上述生物质与塑料废弃物共热解制芳烃技术普遍采用原料以物理混合方式进行反应。这种传统的方法存在以下弊端：(1)生物质与塑料废弃物的共催化热解(包括原料与催化剂共混的直接催化热解和共热解产生热解油的催化裂解)集中于微孔发达的分子筛催化剂上的直接转化，由于催化剂孔径过小，生物质与聚合物初级热解产物中大分子含氧化合物和长链烃或大环化合物更容易在催化剂表面形成结焦，堵塞或覆盖催化剂表面酸性位点而降低催化剂活性，甚至导致催化剂快速失活；(2)另一方面，初级热解产物中的大分子组分难以进入微孔分子筛催化剂孔腔内部进行反应，给原料和产物分子的传递带来困难，造成转化率和反应速率降低；(3)生物质与塑料废弃物在原料结构、热解特性及产物组成方面差异较大，但传统物理混合的共催化热解只能对原料进行相同的热解反应(如生物质与塑料的热解温度、停留时间等参数)和催化反应(如生物质与塑料热解产物进行催化裂解反应的催化剂种类及用量等参数)条件下的转化，过程反应参数的可调变性差。

公布号CN103484142A的专利公开的“一种催化热解制备芳烃的复合催化剂及其制备方法”，是将生物质和聚烯烃原料与催化剂采用物理混合方式进行共催化热解，虽然较常规物理混合催化热转化方式在芳烃产物选择性和芳碳收率上有大幅增加，获得了较高的生物质的催化热解效率，但该方法除仍然有上述常规方法普遍存在的弊端外，又涉及到催化剂与热解固体产物难分离的问题。

发明内容