CN104531194A - 一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法 - Google Patents

一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法 Download PDF

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Abstract

一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，本发明涉及生物质能的利用领域。本发明要解决现有制备苯系产物的方法对反应设备和反应条件要求高，反应周期长及生产成本高的技术问题。方法：一、热解；二、反应，冷凝。本发明木塑复合材料热解气直接经过沸石分子筛催化剂催化裂解，提供的方法工艺简单，对反应设备和反应条件要求不高，且反应周期较短。本发明用于制备苯系液相产物。

Description

一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法
技术领域
本发明涉及生物质能的利用领域。
背景技术
木塑复合材料(WPC)是一类以木质纤维材料为增强体或填料，以热塑性聚合物(如聚烯烃PE、PP、PS等)为基体，并加有各类添加剂经过熔融复合(采用挤出、注塑、热压等工艺)加工成型的复合材料。兼具木材和塑料的优点，综合性能突出，可采用木材加工剩余物(或秸秆)和废旧塑料为原料生产，并可多次回收再加工，循环利用，是生态和经济效益显著的环境友好材料，在多个领域获得广泛应用。
快速热解液化技术是生物质及废旧塑料在缺氧条件下受热分解，经迅速冷凝得到液体生物油的过程。木塑复合材料热解后得到的生物油为复杂的混合物，包括生物质热解产生的水、醛、酮、酸、酚、酯和塑料热解产生的脂肪烃等物质。液化过程中能形成多种高附加值的化学品，包括多种难以通过常规手段进行合成的物质。然而，木塑复合材料常规热解过程中的选择性很差，产物复杂，生物油中绝大部分物质含量都很低，使得分离不仅技术困难，而且没有很好的经济效益。为了选择性的获得某些特定高附加值产物，必须优化热解条件，或者引入适当的催化剂，定向控制生物质的热解反应途径，实现选择性热解液化，以提高目标产物的产率及其在生物油中的含量。
苯，甲苯，对二甲苯是重要的化工原料，经取代反应、加成反应、氧化反应等生成的一系列化合物，例如：苯乙烯，环己烷，苯酚，苯甲酸、甲苯二异氰酸脂、氯化甲苯、对苯二甲酸等。可以作为制取塑料、橡胶、纤维、染料、去污剂、杀虫剂等的原料。此外，苯具有良好的溶解性能，可作为化工生产中的溶剂，甲苯作为提高辛烷值汽油的组分和多种用途的溶剂。目前苯，甲苯，对二甲苯主要是靠石油化工原料生产得到，以木塑复合材料选择性的催化裂解技术直接制备这三种物质，目前还鲜有研究。
发明内容
本发明要解决现有制备苯系产物的方法对反应设备和反应条件要求高，反应周期长及生产成本高的技术问题，而提供一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法。
一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、在无氧条件下，控制温度为450℃～700℃，将木塑复合材料进行热解，再气固分离，得到高温热解气；
二、将步骤一得到的高温热解气通入装有沸石分子筛的反应器中进行催化反应，再对热解气进行冷凝，得到苯系液相产物。
本发明的有益效果是：本发明木塑复合材料热解气直接经过沸石分子筛催化剂催化裂解，提供的方法工艺简单，对反应设备和反应条件要求不高，且反应周期较短。另外，本发明以经过多次循环利用后的木塑复合材料废弃物作为原料，使资源利用最大化，且提供了一种木塑复合材料废弃物的处理方法，节约资源，保护环境。本发明原料价格便宜、生物质材料可再生，能显著降低苯，甲苯，对二甲苯的生产成本。
本发明用于制备苯系液相产物。
附图说明
图1为实施例一得到苯系液相产物的气相色谱图；
图2为实施例二得到苯系液相产物的气相色谱图；
图3为实施例三得到苯系液相产物的气相色谱图；
图4为实施例四得到苯系液相产物的气相色谱图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、在无氧条件下，控制温度为450℃～700℃，将木塑复合材料进行热解，再气固分离，得到高温热解气；
二、将步骤一得到的高温热解气通入装有沸石分子筛的反应器中进行催化反应，再对热解气进行冷凝，得到苯系液相产物。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述的木塑复合材料为木质纤维素和热塑性聚合物的复合材料，其中，木质纤维素为木粉、秸秆或稻壳，热塑性聚合物为PE、PP或PS。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一所述的木塑复合材料中木质纤维素和热塑性聚合物的质量比为(50～70):(50～30)。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中热解时的升温速率为103～104℃/s。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中无氧条件为在惰性保护气体条件。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中热解时间为10～20s。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二所述的沸石分子筛为HZSM-5、HUSY、HY或HBeta沸石分子筛，硅铝比为5～260。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一木塑复合材料与步骤二沸石分子筛的质量比为(2～1):(1～3)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中反应器为固定床反应器或鼓泡流化床反应器。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：高温热解气在反应器内的体积空速为6000～18000h-1。其它与具体实施方式一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、在氮气气氛条件下，控制温度为550℃，将木塑复合材料进行热解，热解时间为15s，再气固分离，得到高温热解气；
二、将步骤一得到的高温热解气通入装有HZSM-5(硅铝比为50)沸石分子筛的固定床催化反应器中进行催化反应，控制高温热解气在反应器内的体积空速为12000h-1，再对热解气进行冷凝，得到苯系液相产物。
本实施例中木塑复合材料是以干燥的PE基杨木木塑复合材料(木粉塑料质量比1:1)为原料，平均粒径为0.05mm。
将本实施例制备的苯系液相产物通过气相色谱分析：苯、甲苯和对二甲苯的重量含量分别为4.76％、16.98％和20.17％。
本实施例得到苯系液相产物的气相色谱图如图1所示。
实施例二：
本实施例一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、在氮气气氛条件下，控制温度为600℃，将木塑复合材料进行热解，热解时间为10s，再气固分离，得到高温热解气；
二、将步骤一得到的高温热解气通入装有HY(硅铝比为5.2)沸石分子筛的固定床催化反应器中进行催化反应，控制高温热解气在反应器内的体积空速为8000h-1，再对热解气进行冷凝，得到苯系液相产物。
本实施例中木塑复合材料是以干燥的PE基杨木木塑复合材料(木粉塑料质量比6:4)为原料，平均粒径为0.05mm。
将本实施例制备的苯系液相产物通过气相色谱分析：苯、甲苯和对二甲苯的重量含量分别为2.76％、12.98％和13.17％。
本实施例得到苯系液相产物的气相色谱图如图2所示。
实施例三：
本实施例一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、在氮气气氛条件下，控制温度为575℃，将木塑复合材料进行热解，热解时间为20s，再气固分离，得到高温热解气；
二、将步骤一得到的高温热解气通入装有HUSY(硅铝比为5.3)沸石分子筛的固定床催化反应器中进行催化反应，控制高温热解气在反应器内的体积空速为15000h-1，再对热解气进行冷凝，得到苯系液相产物。
本实施例中木塑复合材料是以干燥的PP基杨木木塑复合材料(木粉塑料质量比6:4)为原料，平均粒径为0.05mm。
将本实施例制备的苯系液相产物通过气相色谱分析：苯、甲苯和对二甲苯的重量含量分别为3.16％、9.49％和11.63％。
本实施例得到苯系液相产物的气相色谱图如图3所示。
实施例四：
本实施例一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、在氮气气氛条件下，控制温度为625℃，将木塑复合材料进行热解，热解时间为10s，再气固分离，得到高温热解气；
二、将步骤一得到的高温热解气通入装有HZSM-5(硅铝比为25)沸石分子筛的固定床催化反应器中进行催化反应，控制高温热解气在反应器内的体积空速为10000h-1，再对热解气进行冷凝，得到苯系液相产物。
本实施例中木塑复合材料是以干燥的PP基杨木木塑复合材料(木粉塑料质量比1:1)为原料，平均粒径为0.05mm。
将本实施例制备的苯系液相产物通过气相色谱分析：苯、甲苯和对二甲苯的重量含量分别为3.03％、10.45％和14.75％。
本实施例得到苯系液相产物的气相色谱图如图4所示。

Claims (10)

1.一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，其特征在于本方法具体是按照以下步骤进行的：
一、在无氧条件下，控制温度为450℃～700℃，将木塑复合材料进行热解，再气固分离，得到高温热解气；
二、将步骤一得到的高温热解气通入装有沸石分子筛的反应器中进行催化反应，再对热解气进行冷凝，得到苯系液相产物。
2.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，其特征在于步骤一所述的木塑复合材料为木质纤维素和热塑性聚合物的复合材料，其中，木质纤维素为木粉、秸秆或稻壳，热塑性聚合物为PE、PP或PS。
3.根据权利要求2所述的一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，其特征在于步骤一所述的木塑复合材料中木质纤维素和热塑性聚合物的质量比为(50～70):(50～30)。
4.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，其特征在于步骤一中热解时的升温速率为103～104℃/s。
5.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，其特征在于步骤一中无氧条件为在惰性保护气体条件。
6.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，其特征在于步骤一中热解时间为10～20s。
7.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，其特征在于步骤二所述的沸石分子筛为HZSM-5、HUSY、HY或HBeta沸石分子筛，硅铝比为5～260。
8.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，其特征在于步骤一木塑复合材料与步骤二沸石分子筛的质量比为(2～1):(1～3)。
9.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，其特征在于步骤二中反应器为固定床反应器或鼓泡流化床反应器。
10.根据权利要求1所述的一种木塑复合材料催化裂解制备苯系液相产物的方法，其特征在于高温热解气在反应器内的体积空速为6000～18000h-1。
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