CN109251761A - 一种生物质快速热解液相产物气相改性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生物质快速热解液相产物气相改性的方法。将生物质与废塑料分别在不同反应温度的热解装置中进行热解反应后，将二者热解的气相产物同时通入催化反应器内进行混合，在催化剂作用下实现生物质热解产物的脱氧加氢，得到高品质生物油。本发明利用催化共热解技术，将生物质与废塑料资源转化为高品质生物油，生产过程简单、清洁；有效利用农林废弃物等生物质，缓解“白色污染”问题，能够带来巨大的经济效益和社会效益。

Description

一种生物质快速热解液相产物气相改性的方法
技术领域
本发明属于生物质资源利用和固体废弃物再利用领域，特别涉及一种生物质快速热解液相产物气相改性的方法。
背景技术
化石燃料的快速消耗和对能源需求的增加引起了人们对使用废物作为可再生能源的兴趣。我国作为一个农林大国，生物质资源含量丰富，因此将生物质有效地转化为化石燃料的替代品，是我国面对的一项具有挑战性的任务。快速热解技术是一种清洁高效的热转化方法，可以将生物质转化为液体燃料和化学品，但研究表明，生物质热解所产生的生物油含氧量高、热值低、水和酸的含量和粘度过高，不能被直接利用。有研究表明，利用催化快速热解技术热解生物质可以极大地降低生物油中的含氧量，使生物油的品质大大提高。
采用沸石催化剂催化生物质热解是一种前景广阔的的技术，其可以将木质纤维素原料直接转化为有价值的芳香族化合物和烯烃。虽然生物质通过催化热解产生的生物油品质较单一的生物质热解产生的生物油品质有明显提高，但该方法仍然存在焦炭和焦油残余量过多和催化剂易失活等问题。添加富含碳和氢的共反应物可以提高收率并且可以通过减少焦炭形成来延长催化剂寿命。塑料是一种比较便宜且高H/Ceff的聚合物，例如，聚乙烯、聚丙烯等聚合物，其H/Ceff高达2。此外，塑料和生物质的催化共热解已被证明可以促进向芳香烃的转化，并且还提供了废弃农用塑料的生产性处理方法。如发明专利201310452840.7提及了一种生物质与塑料共催化热解制备芳烃的方法，发明专利201010084387.4提及了一种生物质与废塑料共热解制备燃料油的方法，上述专利中，生物质与塑料都采用混合进料方法，即二者在相同反应温度条件下进行热解，但从二者的加氢脱氧反应机理(J.Xue,J.Zhuo,M.Liu,Y.Chi,D.Zhang and Q.Yao,Energy&Fuels2017,31,9576-9584)及生物质、塑料热解反应的温度区间不同可知，上述同一温度的反应会产生适于低温热解区间的原料热解产物过裂解，而适于高温热解区间的原料热解产物又有热解不充分的问题，从而使原料的有效利用率降低，生物质热解产生的生物油的品质改善打折扣。因此，采用不同种类生物质和塑料的各自的优势热解温度区间，分别进行热解，再在催化剂的催化作用下脱氧加氢，从本质上可以提高生物质与废塑料的利用率，提高工艺的生产经济性和可行度。
发明内容
本发明的目的是针对生物质单独热解制燃油的含氧量过高、供氢不足，选取合适的富氢原料废塑料，对生物质热解过程中供氢，并且可以有效缓解催化热解过程中催化剂失活问题，提出一种生物质快速热解液相产物气相改性的方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种生物质快速热解液相产物气相改性的方法，将生物质与塑料原料分别在相同规格的热解反应装置中热解后，将二者的气相产物同时通入催化反应器内进行混合，并在催化剂床层作用下，进行生物质热解液相产物的脱氧加氢：
(1)将生物质、废塑料粉碎为100-150目的粉末状，以一定比例分别在不同热解装置中同时进行热解反应，反应器出口气相管连接装有催化剂床层的催化反应器进行高温气相催化反应，通过冷凝装置，得到高品质生物油。
(2)对热解所得生物油进行检测分析，分析其中组分种类及含量。
(3)根据组分种类及含量，分析热解所得生物油的品质。
其中所述生物质可以为锯末、秸秆、纤维素、木质素等。
所述废塑料可以为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。
所述催化剂可以为HZSM-5，MCM-41,SBA-15等。
作为优选，本发明所述生物质为纤维素和木质素。
作为优选，所述废塑料为聚乙烯。
作为优选，所述催化剂为HZSM-5，硅铝比为30。
进一步的，生物质、废塑料的比例为：1:1。
作为优选，本发明所述生物质热解温度为300℃-650℃，废塑料热解温度为400℃-650℃。
进一步的，本发明所述生物质与废塑料的热解温度均为650℃。
作为优选，本发明所述催化反应器为流化床或固定床。
本发明的有益效果为：
(1)将生物质与塑料原料分别在相同规格的热解反应装置中热解后，将二者的气相产物同时通入催化反应器内进行混合，并在催化剂床层作用下，进行生物质热解液相产物的脱氧加氢。
(2)本发明中进行的高温气相催化反应，避免了因热解过程中残碳的堆积使催化快速失活的问题。
(3)将生物质与废塑料有效结合在一起，可以缓解化石能源紧缺问题和“白色污染”带来的环境污染问题，具有重要的经济效益和社会效益。
总之，本发明将生物质高温热解气相产物与废塑料高温热解气相产物在流化床内与沸石分子筛进行高温催化反应制备高品质生物油的方法，是一种新的研究方法，使得生物质与废塑料得到资源化利用，可以缓解化石能源紧缺问题和环境污染问题，具有广阔的应用于发展前景。
具体实施方式
为了使本发明更加清楚，以下实施例用于说明本发明，但不限制本发明的范围。
实施例1纤维素与聚乙烯的催化共热解
由于纤维素为生物质中含量最丰富的组成成分之一，所以以纤维素为典型物质进行详细说明。首先将聚乙烯、纤维素进行单独热解，对其得到产物进行组分分析；然后将聚乙烯、纤维素以一定比例在不同热解反应装置内分别进行热解，达到热解所需温度后，将纤维素与废塑料分别热解得到的气相产物同时通入不含催化剂的流化床内进行气相反应，对得到产物进行组分分析；最后将纤维素与塑料原料分别在相同规格的热解反应装置中热解后，将二者的气相产物同时通入催化反应器内进行混合，并在催化剂床层作用下，进行生物质热解液相产物的脱氧加氢，对得到产物进行组分分析，并与前两组实验所得产物进行对比分析。热解反应温度为650℃，催化剂为HZSM-5，氮气作为载气气体，流速为50mL/min，。
表1不同原料热解产物组分含量
热解所得产物中各组分含量如表1所示，根据表1可以看出纤维素、聚乙烯/纤维素、聚乙烯/纤维素/HZSM-5热解产物中含氧化合物的含量分别为92.8、50.2、28.3％，呈逐渐下降的趋势，说明该实验实现了纤维素热解所得液相产物的气相脱氧加氢。根据对热解产物的分析，可以明显看出，纤维素与废塑料通过本发明中的方法所得生物油的品质大幅度提高。
实施例2木质素与聚乙烯的催化共热解
首先将聚乙烯、木质素进行单独热解，对其得到产物进行组分分析；然后将聚乙烯、木质素以一定比例在不同热解反应装置内分别进行热解，气相产物同时通入不含催化剂的流化床内进行气相反应，对得到产物进行组分分析；最后将木质素与塑料原料分别在相同规格的热解反应装置中热解后，将二者的气相产物同时通入催化反应器内进行混合，并在催化剂床层作用下，进行木质素热解液相产物的脱氧加氢，对得到产物进行组分分析，并与前两组实验所得产物进行对比分析。热解反应温度为650℃，催化剂为HZSM-5，氮气作为载气气体，流速为50mL/min。根据对热解产物的分析，可以明显看出，木质素与废塑料通过本发明中的方法所得生物油的品质大幅度提高。
实施例3锯末与聚乙烯的催化共热解
首先将聚乙烯、锯末进行单独热解，对其得到产物进行组分分析；然后将聚乙烯、锯末以一定比例在相同规格的不同热解反应装置内分别进行热解，热解得到的气相产物同时通入不含催化剂的流化床内进行气相反应，对得到产物进行组分分析；最后将锯末与塑料原料分别在相同规格的热解反应装置中热解后，将二者的气相产物同时通入催化反应器内进行混合，并在催化剂床层作用下，进行锯末热解液相产物的脱氧加氢，对得到产物进行组分分析，并与前两组实验所得产物进行对比分析。热解反应温度为650℃，催化剂为HZSM-5，氮气作为载气气体，流速为50mL/min。根据对热解产物的分析，可以明显看出，锯末与废塑料通过本发明中的方法所得生物油的品质大幅度提高。

Claims (8)

1.一种生物质快速热解液相产物气相改性的方法,其特征在于：将生物质与塑料原料分别在相同规格的热解反应装置中热解后，将二者的气相产物同时通入催化反应器内进行混合，并在催化剂床层作用下，进行生物质热解液相产物的脱氧加氢。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述生物质为纤维素、木质素、锯末、农作物秸秆等农林废弃物中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述废塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述生物质量与废塑料量的比例为1:4-4:1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述催化剂为HZSM-5，MCM-41,SBA-15等其中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述催化剂为HZSM-5，硅铝比为30。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述生物质热解温度为300℃-650℃，废塑料热解温度为400℃-650℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述催化反应器为流化床或固定床。
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