[发明专利]一种催化热解制备芳烃的复合催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物质资源利用和催化领域，具体地说是一种用于生物质与塑料共催化热解制备芳烃的复合催化剂及其制备方法，用于固体废物资源化技术。

背景技术

由于随着化石资源的日益减少和温室效应的加剧，生物质作为可再生的化石资源替代品获得世界各国的重视。以木质纤维素生物质作为主要原料制备第二代生物燃料和生物基化学品的转化技术是当今世界各国的研究重点和热点。其中，生物质催化快速热解技术，能够将固体的生物质在沸石分子筛催化下，经过裂解、脱氧反应、低聚反应、和环化反应，直接转化为具有较高经济价值的液体芳香烃化合物(如苯、甲苯和二甲苯)和液化石油气。此外，为了一定程度提高芳烃收率、抑制积炭生成。公开号为103484142A的专利，选取富含氢的废塑料与生物质共进料，通过含氧化合物与低碳烯烃在HZSM-5分子筛上发生Diels-Alder缩合反应，芳烃产物选择性大幅增加，从而提高木质纤维素生物质的催化热解效率。

然而，对于催化热解反应来说，催化剂筛选与制备是进一步完善该技术的关键。近年来，研究的共热解常用催化剂主要有HZSM-5分子筛、beta分子筛、Y分子筛、丝光沸石等。其中因HZSM-5分子筛具有优异的烷基化、异构化、芳构化性能和独特的择形性，使其在共催化热解中有较广泛的应用。但HZSM-5分子筛酸性过强，用于共催化热解芳构化时裂解反应严重，造成液体收率低，同时催化剂活性中心积碳较严重导致失活，需对其进行改性处理。因此，有必要通过制备适合生物质与塑料共催化热解的高效催化剂，进一步提高具有高附加值的芳烃收率，增强催化剂的抗积碳能力，提高生物质与塑料在共催化热解中的转化效率。

发明内容

本发明旨在提供一种催化热解制备芳烃的复合催化剂及其制备方法，所要解决的技术问题是提高生物质与塑料在共催化热解制芳烃中的转化效率。

本发明的技术方案如下：

一种催化热解制备芳烃的复合催化剂，其特征在于：所述复合催化剂是以HZSM-5为催化剂载体，在催化剂载体上先负载有非金属元素组分，后负载有过渡金属元素组分；所述非金属元素组分为磷，磷元素的含量占催化剂载体质量的1～5％；所述过渡金属元素组分为镍、锌或铜，所述镍、锌或铜的含量占催化剂载体质量的1～3％。

本发明提供的所述催化热解制备芳烃的复合催化剂的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1)催化剂载体的制备：先将HZSM-5粉末置于马弗炉中，在500℃～600℃温度下煅烧3～5小时，之后粉碎过筛得到粒径100～140目的催化剂载体；

2)将催化剂载体浸渍在含磷的前驱体溶液中，使其磷元素的含量占催化剂载体质量的1～5％，在30℃～40℃温度下混合搅拌，经干燥后，放置于马弗炉中，在500℃～600℃温度下煅烧3～5小时，得到非金属改性催化剂；

3)取所述非金属改性催化剂作为复合催化剂载体，将其浸渍在含镍、锌或铜的前驱体盐溶液中，使其镍、锌或铜元素的含量占复合催化剂载体质量的1～3％，在30℃～40℃温度下混合搅拌，经干燥后，放置于马弗炉中，在500℃～600℃温度下煅烧3～5小时，得到复合催化剂。

本发明所述方法中，所述含磷的前驱体溶液为磷酸溶液、磷酸二铵溶液或磷酸一铵溶液；所述含镍、锌或铜的前驱体盐溶液为含镍、锌或铜的硝酸盐或硫酸盐溶液。

本发明所述方法中，其煅烧温度优选为550℃，煅烧时间优选为4小时；干燥温度优选为105℃～110℃，干燥时间优选为10～12小时。

本发明与已有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①用非金属元素P和过渡金属元素镍、锌或铜共同改性HZSM‐5分子筛，可以有效加强共催化热解中的协同作用。采用本发明提供的复合催化剂，在催化反应温度为650℃时，催化效果最优的总芳烃碳收率达到36.91％，其中，高附加经济价值的单环芳烃碳收率达到32.65％，与原始HZSM‐5分子筛相比，单环芳烃碳收率提高了24.8％。②本发明复合催化剂在共催化热解反应中，对低碳烯烃的选择性有较明显的提高。经分离后，低碳烯烃有更好的实际应用价值。③本发明复合催化剂在共催化热解反应中积炭量明显降低，最优积炭降低量为32.98％。④复合催化剂中所述改性组分与载体都为常见工业用品，制备成本低廉。

附图说明

图1是实施例1制备得到的复合催化剂对共催化热解中的液体转化效率活性评价图。

图2是实施例1制备复合催化剂1和实施例2制备的复合催化剂对共催化热解中的液体转化效率活性评价图。