CN112300824B - 一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法包括：首先对生物质和塑料进行熔融共混、破碎造粒以获得均质化物料；其次对该均质化物料依次进行低温热解和催化转化，得到第一芳烃油，同时对生物质中的木质素结构进行活化处理；最后将活化后的木质素与剩余塑料在高温下依次进行热解和催化转化，得到第二芳烃油。本发明所述方法通过原料复合成型与分步热解的方法实现对生物质/塑料制备芳烃过程进行强化，获得高产率和高选择性的芳烃产品，具有较好的工业应用前景。

Description

一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法
技术领域
本发明属于生物质资源化利用领域，具体涉及一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法。
背景技术
化石燃料的枯竭和环境问题的突出极大促进了可再生能源的发展，生物质催化热解制备芳烃对于缓解能源紧张，保障国家能源安全具有重要意义。然而，生物质因其原料的贫氢特性，单独热转化过程易结焦致催化剂失活，热解油品含氧量高，导致其高酸性、强腐蚀性和低热值，限制其产业化发展。
相较于生物质单独热解，生物质与“富氢”塑料进行催化共热解技术能够有效缓解催化剂积碳失活问题，改善生物质热解液体产物结构，如降低热解油中含氧量，提高芳烃的选择性和产率。
然而，生物质和塑料催化共热解技术尚存在一些弊端。一方面，由于生物质和塑料原料在密度、硬度、导热性等方面存在差异，传统的机械混合易引发原料混合不均匀且接触疏松，影响热解过程中的传质和传热，一定程度上限制生物质和塑料间的协同作用。另一方面，生物质典型组分，如：半纤维素、纤维素和木质素等，由于结构的不同致其热解特性存在差异，传统的一步催化共热解技术难以确保生物质中的三种主要成分和塑料同步实现最大程度的协同热解。热解温度过高或过低均会影响生物质和塑料间的相互作用，甚至抑制或限制了目标产物的转化。
CN106010617 A公开了一种生物质与塑料废弃物热解定向制备芳烃的方法，该方法包括以下步骤：首先对生物质与塑料废弃物进行分别热解；其次通过对各自热解产物进行一级催化，将产物中相对惰性、易形成结焦的大分子含氧化合物和长链烃类物质选择性转化为活性较高的小分子含氧化合物和短直链烯烃；然后通过活性小分子化合物在分子筛催化剂上的择形催化转化反应，来获得更芳烃产物。该方法将生物质与塑料进行分别热解，生物质在转化过程容易结焦致催化剂失活，不利于工业化应用。
CN103484142 A公开了一种生物质与塑料共催化热解制备芳烃的方法，该方法包括以下步骤：以生物质和塑料为原料，HZSM-5分子筛为催化剂，氮气作为载气，催化热解仪为反应器，经催化快速热解合成液体芳烃。该方法采用传统的机械方法将原料混合，导致原料不均匀且接触疏松，影响热解过程中的传质和传热，而且仅采用一步催化共热解技术只针对纤维素，难以确保生物质中的木质素和半纤维素与塑料同步实现最大程度的协同热解。
综上所述，提供一种工艺流程简单，能耗低的生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，以确保生物质中的三种主要成分和塑料同步实现最大程度的协同热解，成为当前亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法通过改变生物质与塑料的混合方式，强化了热解转化过程中间产物间的相互作用，同时建立分步热解方式，提高了富芳烃油的产率和芳烃的选择性，所述方法工艺流程简单，具有较好的工业应用前景。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将生物质与塑料熔融共混，经成型处理，得到生物质/塑料复合成型原料；
(2)将步骤(1)得到的生物质/塑料复合成型原料进行低温热解处理，得到低温气相产物和第一固相产物；所述低温气相产物进行催化转化反应，得到第一芳烃油；
(3)将步骤(2)得到的第一固相产物进行高温热解处理，得到高温气相产物和第二固相产物；所述高温气相产物进行催化转化反应，得到第二芳烃油，将步骤(2)得到的第一芳烃油与所述第二芳烃油混合，得到富芳烃油。
本发明中，所述方法将生物质与塑料复合成型，改变了两种物料颗粒间固固接触方式，形成塑料熔融包覆生物质颗粒及熔流进入颗粒内部的紧致结构，促进了物料间更均质的混合，强化了热解转化过程中间产物间的相互作用，较传统的机械混合方式提高了富芳烃油的产率和芳烃的选择性。
本发明中，所述方法基于生物质典型组分热解特征温度建立了分步热解方式：将生物质/塑料复合成型原料进行低温热解处理，即第Ⅰ步热解，优先将生物质中的纤维素和半纤维素组分分解成为含氧的小分子，并与部分塑料裂解成为烃类小分子，在催化剂作用下进一步转化为第一芳烃油；同时促进生物质中的木质素发生断键和官能团脱除等反应致其交联大分子结构转化为小分子酚，“富氢”塑料通过氢转移向木质素供氢，降低其热缩聚性能，对木质素产生活化作用；活化后的木质素与剩余部分塑料继续进行高温热解，即第Ⅱ步热解，在催化剂作用下脱水，转化生成第二芳烃油，将第一芳烃油和第二芳烃油混合即为最终的目标产物——富芳烃油。
本发明中，针对不同的原料以及原料间的配比，得到的芳烃油产率以及芳烃的选择性差异较大，本发明所述方法较传统方法进行了改进，是指对于相同的反应原料，采用本发明所述的方法得到的富芳烃油产率以及芳烃的选择性较传统方法有了极大地提升。
本发明中，所述第一芳烃油与第二芳烃油是指以芳烃为主的油相产物。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述生物质包括秸秆、木屑或果壳中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：秸秆、木屑和果壳的组合，秸秆和木屑的组合，秸秆和果壳的组合等。
优选地，步骤(1)所述塑料包括聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料或聚苯乙烯塑料中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：聚乙烯塑料和聚丙烯塑料的组合，聚丙烯塑料和聚氯乙烯塑料的组合，丙烯塑料、聚氯乙烯塑料和聚苯乙烯塑料的组合等。
本发明中，所述生物质和塑料不仅限于上述种类，其他种类的生物质和塑料均可用于本发明所述的方法。优选地，步骤(1)所述生物质与塑料的质量比为1:(0.1～10)，例如1:0.1、1:0.5、1:1、1:3、1:5、1:7或1:10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述熔融共混在预热器中进行。
优选地，所述熔融共混过程中进行搅拌。
优选地，步骤(1)所述熔融共混的温度为120～280℃，例如120℃、160℃、200℃、220℃、240℃、260℃或280℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，120～280℃的条件下仅有塑料熔融，由其包覆生物质颗粒且熔流进入颗粒内部，促进了物料间更均质的混合。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述成型处理的方式为热压。
优选地，步骤(1)所述成型处理的压力为0.1～10MPa，例如0.1MPa、0.5MPa、1MPa、2MPa、4MPa、6MPa、8MPa或10MPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)中的原料经成型处理后进行冷却。
优选地，所述冷却后进行破碎造粒。
本发明中，破碎造粒后的粒度根据不同的利用途径进行选择。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述低温热解处理的温度为450～650℃，例如450℃、480℃、500℃、520℃、540℃、560℃、580℃、600℃、630℃或650℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为500～550℃。
优选地，步骤(2)所述低温气相产物包括第一热解油蒸汽和第一热解气。
优选地，所述低温气相产物进行催化转化反应后，依次进行冷凝和油水分离。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述高温热解处理的温度为650～850℃，例如650℃、680℃、700℃、720℃、740℃、760℃、780℃、800℃、830℃或850℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为700～750℃。
优选地，步骤(3)所述高温气相产物包括第二热解油蒸汽和第二热解气。
优选地，所述高温气相产物进行催化转化反应后，依次进行冷凝和油水分离。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)和步骤(3)所述催化转化反应所用的催化剂为沸石分子筛催化剂。
优选地，所述沸石分子筛催化剂包括HZSM-5分子筛催化剂和/或ZSM-5分子筛催化剂。
优选地，步骤(2)和步骤(3)所述催化转化反应的催化剂床层温度为500～900℃，例如500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃或900℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为750～850℃。
优选地，步骤(2)和步骤(3)所述催化转化反应所用的催化剂与步骤(1)所述的生物质/塑料复合成型原料的质量比分别地为1:(0.1～10)，例如1:0.1、1:0.5、1:1、1:3、1:5、1:7或1:10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述低温热处理和步骤(3)所述高温热处理独立地在热解反应器中进行。
优选地，所述热解反应器包括固定床反应器、移动床反应器、流化床反应器或螺旋反应器中的任意一种。
优选地，步骤(2)和步骤(3)所述催化转化反应独立地在催化转化反应器中进行。
优选地，所述催化转化反应器包括固定床反应器、移动床反应器或流化床反应器或旋流反应器中的任意一种。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
(1)将生物质与塑料按照质量比为1:(0.1～10)的比例置于预热器中，在120～280℃的条件下进行熔融共混，然后在0.1～10MPa的条件下热压成型，经冷却后进行破碎造粒，得到生物质/塑料复合成型原料；
(2)将步骤(1)得到的生物质/塑料复合成型原料在450～650℃的条件下进行低温热解处理，得到含第一热解油蒸汽与第一热解气的低温气相产物和第一固相产物；所述低温气相产物通过500～900℃的沸石分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后得到芳第一烃油；
(3)将步骤(2)得到的第一固相产物在650～850℃的条件下进行高温热解处理，得到含第二热解油蒸汽与第二热解气的高温气相产物和第二固相产物；所述高温气相产物通过500～900℃的沸石分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后，得到第二芳烃油，将步骤(2)得到的第一芳烃油与所述第二芳烃油混合，得到富芳烃油；
其中，步骤(2)和步骤(3)所用的催化剂与步骤(1)所述的生物质/塑料复合成型原料的质量比分别地为1:(0.1～10)。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述方法通过改变生物质与塑料颗粒间的接触方式，使物料间混合更加均匀，强化了热解转化过程中间产物间的相互作用，较传统的机械混合方式提高了富芳烃油的产率和芳烃的选择性。
(2)本发明所述方法基于生物质典型组分热解特征温度建立了分步热解方式：第Ⅰ步低温热解有效避免了低温热解油蒸汽中的含芳烃组分在第Ⅱ步的高温二次分解，增加了芳烃产率；第Ⅰ步低温热解对生物质中的木质素组分产生活化作用，强化了第Ⅱ步中其与剩余“塑料”的相互作用，进一步促进了芳烃的转化，确保生物质中的三种主要成分和塑料同步实现最大程度的协同热解，提高了富芳烃油的产率和芳烃的选择性以及目标产物的碳收率。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法的工艺流程图。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将生物质与塑料熔融共混，经成型处理，得到生物质/塑料复合成型原料；
(2)将步骤(1)得到的生物质/塑料复合成型原料进行低温热解处理，得到低温气相产物和第一固相产物；所述低温气相产物进行催化转化反应，得到第一芳烃油；
(3)将步骤(2)得到的第一固相产物进行高温热解处理，得到高温气相产物和第二固相产物；所述高温气相产物进行催化转化反应，得到第二芳烃油，将步骤(2)得到的第一芳烃油与所述第二芳烃油混合，得到富芳烃油。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法的工艺流程图如图1所示。
所述方法包括以下步骤：
(1)将果壳与低密度聚乙烯塑料按照质量比为1:1的比例置于预热器中，在170℃的条件下进行熔融共混，然后在0.5MPa的条件下热压成型，经冷却后进行破碎造粒，得到生物质/塑料复合成型原料；
(2)将步骤(1)得到的生物质/塑料复合成型原料在550℃的条件下进行低温热解处理，得到含第一热解油蒸汽与第一热解气的低温气相产物和第一固相产物；所述低温热解气相产物通过750℃的HZSM-5分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后得到芳第一烃油；
(3)将步骤(2)得到的第一固相产物在750℃的条件下进行高温热解处理，得到含第二热解油蒸汽与第二热解气的高温气相产物和第二固相产物；所述高温气相产物通过750℃的HZSM-5分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后，得到第二芳烃油，将步骤(2)得到的第一芳烃油与所述第二芳烃油混合，得到富芳烃油；
其中，步骤(2)和步骤(3)所用的催化剂与步骤(1)所述的生物质/塑料复合成型原料的质量比均为1:4。
实施例2：
本实施例提供了一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将秸秆与聚氯乙烯塑料按照质量比为1:0.1的比例置于预热器中，在220℃的条件下进行熔融共混，然后在0.1MPa的条件下热压成型，经冷却后进行破碎造粒，得到生物质/塑料复合成型原料；
(2)将步骤(1)得到的生物质/塑料复合成型原料在600℃的条件下进行低温热解处理，得到含第一热解油蒸汽与第一热解气的低温气相产物和第一固相产物；所述低温热解气相产物通过700℃的ZSM-5分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后得到芳第一烃油；
(3)将步骤(2)得到的第一固相产物在850℃的条件下进行高温热解处理，得到含第二热解油蒸汽与第二热解气的高温气相产物和第二固相产物；所述高温气相产物通过800℃的ZSM-5分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后，得到第二芳烃油，将步骤(2)得到的第一芳烃油与所述第二芳烃油混合，得到富芳烃油；
其中，步骤(2)和步骤(3)所用的催化剂与步骤(1)所述的生物质/塑料复合成型原料的质量比均为1:0.1。
实施例3：
本实施例提供了一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将木屑与聚氯乙烯塑料按照质量比为1:10的比例置于预热器中，在120℃的条件下进行熔融共混，然后在5MPa的条件下热压成型，经冷却后进行破碎造粒，得到生物质/塑料复合成型原料；
(2)将步骤(1)得到的生物质/塑料复合成型原料在450℃的条件下进行低温热解处理，得到含第一热解油蒸汽与第一热解气的低温气相产物和第一固相产物；所述低温热解气相产物通过500℃的HZSM-5分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后得到芳第一烃油；
(3)将步骤(2)得到的第一固相产物在650℃的条件下进行高温热解处理，得到含第二热解油蒸汽与第二热解气的高温气相产物和第二固相产物；所述高温气相产物通过500℃的ZSM-5分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后，得到第二芳烃油，将步骤(2)得到的第一芳烃油与所述第二芳烃油混合，得到富芳烃油；
其中，步骤(2)和步骤(3)所用的催化剂与步骤(1)所述的生物质/塑料复合成型原料的质量比均为1:6。
实施例4：
本实施例提供了一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将秸秆、木屑与聚丙烯塑料按照质量比为1:1:10的比例置于预热器中，在280℃的条件下进行熔融共混，然后在10MPa的条件下热压成型，经冷却后进行破碎造粒，得到生物质/塑料复合成型原料；
(2)将步骤(1)得到的生物质/塑料复合成型原料在650℃的条件下进行低温热解处理，得到含第一热解油蒸汽与第一热解气的低温气相产物和第一固相产物；所述低温热解气相产物通过700℃的ZSM-5分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后得到芳第一烃油；
(3)将步骤(2)得到的第一固相产物在800℃的条件下进行高温热解处理，得到含第二热解油蒸汽与第二热解气的高温气相产物和第二固相产物；所述高温气相产物通过900℃的ZSM-5分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后，得到第二芳烃油，将步骤(2)得到的第一芳烃油与所述第二芳烃油混合，得到富芳烃油；
其中，步骤(2)和步骤(3)所用的催化剂与步骤(1)所述的生物质/塑料复合成型原料的质量比均为1:3。
实施例5：
本实施例提供了一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将秸秆与聚苯乙烯塑料按照质量比为1:9的比例置于预热器中，在150℃的条件下进行熔融共混，然后在2MPa的条件下热压成型，经冷却后进行破碎造粒，得到生物质/塑料复合成型原料；
(2)将步骤(1)得到的生物质/塑料复合成型原料在550℃的条件下进行低温热解处理，得到含第一热解油蒸汽与第一热解气的低温气相产物和第一固相产物；所述低温热解气相产物通过600℃的HZSM-5分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后得到芳第一烃油；
(3)将步骤(2)得到的第一固相产物在800℃的条件下进行高温热解处理，得到含第二热解油蒸汽与第二热解气的高温气相产物和第二固相产物；所述高温气相产物通过750℃的HZSM-5分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后，得到第二芳烃油，将步骤(2)得到的第一芳烃油与所述第二芳烃油混合，得到富芳烃油；
其中，步骤(2)所用的催化剂与步骤(1)所述的生物质/塑料复合成型原料的质量比为1:5；步骤(3)所用的催化剂与步骤(1)所述的生物质/塑料复合成型原料的质量比为1:3。
实施例6：
本实施例提供了一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将秸秆、聚氯乙烯塑料与聚乙烯塑料按照质量比为1:1:1的比例置于预热器中，在190℃的条件下进行熔融共混，然后在4MPa的条件下热压成型，经冷却后进行破碎造粒，得到生物质/塑料复合成型原料；
(2)将步骤(1)得到的生物质/塑料复合成型原料在560℃的条件下进行低温热解处理，得到含第一热解油蒸汽与第一热解气的低温气相产物和第一固相产物；所述低温热解气相产物通过750℃的ZSM-5分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后得到芳第一烃油；
(3)将步骤(2)得到的第一固相产物在780℃的条件下进行高温热解处理，得到含第二热解油蒸汽与第二热解气的高温气相产物和第二固相产物；所述高温气相产物通过800℃的ZSM-5分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后，得到第二芳烃油，将步骤(2)得到的第一芳烃油与所述第二芳烃油混合，得到富芳烃油；
其中，步骤(2)所用的催化剂与步骤(1)所述的生物质/塑料复合成型原料的质量比为1:7；步骤(3)所用的催化剂与步骤(1)所述的生物质/塑料复合成型原料的质量比为1:5。
实施例7：
本实施例提供了一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法参照实施例3中的方法，区别仅在于：步骤(2)中低温热解处理的温度为400℃。
实施例8：
本实施例提供了一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法参照实施例2中的方法，区别仅在于：步骤(2)中高温热解处理的温度为900℃。
对比例1：
本对比例提供了一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法参照实施例1中的方法，区别仅在于：步骤(1)中果壳与低密度聚乙烯塑料的混合方式为传统的机械混合，不进行熔融共混。
对比例2：
本对比例提供了一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法参照实施例1中的方法，区别仅在于：只进行一步热解，即将步骤(1)得到的生物质/塑料复合成型原料在450℃下进行热解，得到芳烃油。
对比例3：
本对比例提供了一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，所述方法参照实施例2中的方法，区别仅在于：只进行一步热解，即将步骤(1)得到的生物质/塑料复合成型原料在850℃下进行热解，得到芳烃油。
计算实施例1-8和对比例1-3中富芳烃油的产率和芳烃的选择性，结果如表1所示。
表1实施例1-8和对比例1-3中富芳烃油的产率和芳烃的选择性
富芳烃油的产率/％ 芳烃的选择性/％
实施例1 32.4 90.4
实施例2 13.6 51.3
实施例3 80.6 64.3
实施例4 40.6 95.7
实施例5 37.1 90.3
实施例6 38.1 91.0
实施例7 78.1 44.6
实施例8 10.2 53.3
对比例1 24.9 82.0
对比例2 9.95 10.1
对比例3 8.59 38.57
由表1可知，实施例1-8得到的富芳烃油的产率以及芳烃的选择性差距较大，这是由于原料的组成成分以及原料间的配比对富芳烃油产率以及芳烃的选择性影响较大，本发明所述方法较传统方法进行了改进，是指对于相同的反应原料，采用本发明所述的方法得到的富芳烃油产率以及芳烃的选择性较传统方法有了极大地提升。
由表1可知，与实施例1相比，对比例1中采用传统的机械方式将生物质与塑料混合，物料间混合不均匀且接触疏松，热解转化过程中间产物间的相互作用较弱，使得富芳烃油的产率以及芳烃的选择性较低；对比例2和3均采用一次热解方式，一方面难以确保生物质中的三种主要成分和塑料同步实现最大程度的协同热解，限制了目标产物芳烃的转化；另一方面，一次热解方式下，较低的热解反应温度，导致转化反应不彻底，降低目标产物富芳烃油的产率和芳烃的选择性；而较高的热解反应温度下，可能导致低温下形成的热解油蒸汽中的含芳烃组分在逐步升温的高温环境可能发生二次分解，降低了富芳烃油的产率。
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述方法通过生物质与塑料颗粒间的接触方式，使物料间混合更加均匀，强化了热解转化过程中间产物间的相互作用，较传统的机械混合方式提高了富芳烃油的产率和芳烃的选择性；所述方法基于生物质典型组分热解特征温度建立了两步热解方式，通过控制热解温度，确保生物质中的三种主要成分和塑料同步实现最大程度的协同热解，进一步促进了芳烃的转化，提高了富芳烃油的产率和芳烃的选择性以及目标产物的碳收率。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明操作的等效替换及辅助操作的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (26)

1.一种生物质与塑料共热解定向制备芳烃的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将生物质与塑料熔融共混，经成型处理，得到生物质/塑料复合成型原料；所述生物质与塑料的质量比为1:(0.1～10)；
(2)将步骤(1)得到的生物质/塑料复合成型原料在450～650℃的条件下进行低温热解处理，得到低温气相产物和第一固相产物；所述低温气相产物进行催化转化反应，得到第一芳烃油；
(3)将步骤(2)得到的第一固相产物在650～850℃的条件下进行高温热解处理，得到高温气相产物和第二固相产物；所述高温气相产物进行催化转化反应，得到第二芳烃油，将步骤(2)得到的第一芳烃油与所述第二芳烃油混合，得到富芳烃油。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述生物质包括秸秆、木屑或果壳中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述塑料包括聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料或聚苯乙烯塑料中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述熔融共混在预热器中进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述熔融共混过程中进行搅拌。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述熔融共混的温度为120～280℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述成型处理的方式为热压。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述成型处理的压力为0.1～10MPa。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的原料经成型处理后进行冷却。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述冷却后进行破碎造粒。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述低温热解处理的温度为500～550℃。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述低温气相产物包括第一热解油蒸汽和第一热解气。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述低温气相产物进行催化转化反应后，依次进行冷凝和油水分离。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述高温热解处理的温度为700～750℃。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述高温气相产物包括第二热解油蒸汽和第二热解气。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温气相产物进行催化转化反应后，依次进行冷凝和油水分离。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)所述催化转化反应所用的催化剂为沸石分子筛催化剂。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述沸石分子筛催化剂包括HZSM-5分子筛催化剂和/或ZSM-5分子筛催化剂。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)所述催化转化反应的催化剂床层温度为500～900℃。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)所述催化转化反应的催化剂床层温度为750～850℃。
21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)所述催化转化反应所用的催化剂与步骤(1)所述的生物质/塑料复合成型原料的质量比分别地为1:(0.1～10)。
22.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述低温热解 处理和步骤(3)所述高温热解 处理独立地在热解反应器中进行。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述热解反应器包括固定床反应器、移动床反应器、流化床反应器或螺旋反应器中的任意一种。
24.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)所述催化转化反应独立地在催化转化反应器中进行。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述催化转化反应器包括固定床反应器、移动床反应器或流化床反应器或旋流反应器中的任意一种。
26.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将生物质与塑料按照质量比为1:(0.1～10)的比例置于预热器中，在120～280℃的条件下进行熔融共混，然后在0.1～10MPa的条件下热压成型，经冷却后进行破碎造粒，得到生物质/塑料复合成型原料；
(2)将步骤(1)得到的生物质/塑料复合成型原料在450～650℃的条件下进行低温热解处理，得到含第一热解油蒸汽与第一热解气的低温气相产物和第一固相产物；所述低温气相产物通过500～900℃的沸石分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后得到芳第一烃油；
(3)将步骤(2)得到的第一固相产物在650～850℃的条件下进行高温热解处理，得到含第二热解油蒸汽与第二热解气的高温气相产物和第二固相产物；所述高温气相产物通过500～900℃的沸石分子筛催化剂床层进行催化转化反应，经冷凝和油水分离后，得到第二芳烃油，将步骤(2)得到的第一芳烃油与所述第二芳烃油混合，得到富芳烃油；
其中，步骤(2)和步骤(3)所用的催化剂与步骤(1)所述的生物质/塑料复合成型原料的质量比分别地为1:(0.1～10)。
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