[发明专利]木质素催化热裂解的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种木质素催化热裂解的方法。

背景技术

现今，由于煤、石油和天然气的大量开采使用，排放出大量的二氧化碳，二氧化 硫等气体。不仅造成了日益严重的环境问题，而且由于化石燃料的大量的开采，使得 地球上蕴藏的可开发利用的煤、石油和天然气等化石燃料越来越少，因此寻找和开发 可再生能源是非常必要的，而生物质能恰恰能够解决这些问题。生物质是唯一一种能 够得到液体燃料的可再生能源，已经受到了世界各国的广泛关注。木质素是生物质的 重要组成部分之一，木质素是一种复杂的天然芳香含氧苯丙烷单体前体(愈创木基、 紫丁香基和对羟苯基结构)的三维网状的聚合物，其分子量从几千至几十万，质量一 般占生物质组分的15wt.％～40wt.％，仅次于纤维素。木质素具有高热能，分子中的 碳氢质量分数高达70％～80％，是植物中蕴藏太阳能最高的组分。木质素是以苯丙烷 为主体、含有丰富侧链的复杂多聚体，具有芳香族和脂肪族特性，因此可以用来代替 石油和天然气制造低分子量的化学品，如苯、取代苯、饱和与不饱和的碳氢化合物。 工业木质素主要来源于制浆造纸工业的废液，全世界每年来自造纸业的木质素量约为 5000万吨，其中只有很少一部分得到有效利用，而大部分的木质素都是作为废料扔掉， 在发展中国家这一问题尤其严重。木质素得到了大量的产出，但是由于木质素在结构 上于纤维素有明显差异导致了它们热裂解的不同，比纤维难液化，又有量大且较纯的 木质素，作为废物尚无有效利用途径，所以木质素液化成芳香族化合物，制备高辛烷 值的燃料或芳香族化学品的研究倍受关注。

本发明就是木质素的催化热解，制备燃料或芳香族化学品。

发明内容

本发明的目的是提供一种木质素催化裂解的方法。

本发明所提供的木质素催化裂解的方法，包括下述步骤：将分子筛催化剂预热至 200-300℃，然后在500-800℃的温度条件下以及惰性气体的保护气氛中，将木质素逐 步加入所述分子筛催化剂中进行催化裂解反应，反应结束后，木质素催化热裂解的产 物通过分离，得到液体、气体和固体产品。

其中，液体产品占总裂解产物的质量分数为30％-46％，气体产品占总裂解产物的 质量分数为21％-36％，固体产品占总裂解产物的质量分数为28％-46％。

所述液体产品通过GC/MS分析，其中主要组分包括苯、甲苯、乙苯和萘，它们 占液体产品总质量的70％-80％。所述气体产品用GC测定，其中甲烷和一氧化碳占总 气体的体积百分数超过90％。所述固体产品主要成分是碳，所占的质量分数在75％ -85％之间。这些产品可以用于制备燃料或芳香族化学品。

当在600℃无催化剂条件下对木质素进行热裂解时，所得到的液体产物主要是酚 类物质，选择性超过90％。当在600℃、ZSM-5作催化剂条件下对木质素进行催化 裂解时，主要产物是芳香碳氢化合物，其选择性超过87％。

本发明中所用的木质素可选自下述任意一种：木质素磺酸钠(KL)、碱木素(AL) 生物油中提取的木质素(WPL)和生物油经甘油蒸馏后提取的木质素(GPL)；优选生 物油中提取的木质素和生物油经甘油蒸馏后提取的木质素。

本发明中所用的分子筛催化剂可选自下述任意一种：ZSM-5分子筛、HZSM-5分 子筛、MCM-41分子筛和Beta分子筛，优选为ZSM-5分子筛。通过加入分子筛作为 催化剂，达到了很好的脱氧效果，使木质素催化裂解产物的含氧量降低。

所述催化裂解反应的反应温度优选为590-610℃。

所述催化裂解反应中，所述木质素总量与所述分子筛催化剂的质量比为1∶1。

本发明中所述木质素使用前需在室温下进行真空干燥处理。

反应后的分子筛催化剂中含有一定量的碳粉，可以通过在空气中燃烧所述碳粉实 现分子筛催化剂的再生。试验表明，用再生后的分子筛催化裂解木质素，仍可达到较 好的催化效果，实现了催化剂的重复使用。

附图说明

图1为本发明提供的木质素催化裂解方法所用的反应装置结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料， 如无特殊说明，均可从商业途径获得。