[发明专利]一种定向生产富含芳烃生物油和富含氢气生物质气的方法

说明书

本发明属于生物质能源利用技术领域，具体涉及一种定向生产富含芳烃生物油和富含氢气生物质气的方法。本发明提供了一种以板栗壳作为催化剂应用到富氢废弃物的转化中，首先将板栗壳粉碎、除杂、干燥后，采用磷酸浸渍，然后进行高温快速热解得到固体产物，经过洗涤干燥冷却后得到多孔生物炭，将制得的多孔生物炭作为催化剂直接使用于富氢废弃物的催化热解，可以定向同时制备出富含芳烃生物油和富含氢气生物气。该方法具有高效、简单、绿色环保的优点，适合大规模的推广和应用。

技术领域

本发明属于生物质能源利用技术领域，具体涉及一种定向生产富含芳烃生物油和富含氢气生物质气的方法。

背景技术

富氢废物如废塑料、废油脂、废轮胎等，目前已成为水体、空气和土壤的主要污染源。每年有大量的富氢废弃物产生，传统的掩埋、燃烧等方式难以处理当前大量的废弃物，且会造成土壤、水体和空气的二次污染。通过化学转化手段将其转化为燃料或化学品，已成为国内外解决废弃物环境污染及其资源化利用的突破口。

富氢废弃物含碳氢元素，属于有效碳氢比类生物质，可通过化学手段将其转化为碳氢燃料或化学品，实现“变废为宝”。其中，芳烃不仅是重要的有机化工原料，还是喷气燃料的关键组成部分。因此，开发高效富氢废弃物转化技术，将其转化为高附加值的芳烃，对解决富氢废弃物引起的环境污染问题及其高效资源化利用具有重要意义。

催化热解技术在生物质转化方面备受关注。由于受到热解过程本质的限制，仅通过优化反应装置(固定床、流化床)或采取新型加热手段(微波、等离子体)等，裂解油中芳烃的选择性依然较低且难以突破。此外，气态产物中氢气、甲烷等气体可以作为重要的反应物参与重要的炼油工艺，以生产有价值的化学物质和燃料。然而，由于裂解产物中这些有效组分的产量不高导致气态产物通常很少受到关注。因此，在催化裂解过程中，催化剂的选择是关键。

近年来，微孔、介孔和大孔催化剂(ZSM-5、MCM-41、FCC等以及这些催化剂的改性衍生物)被广泛应用于催化热解反应。然而，这些催化剂仍存在些不足之处，例如催化得到的裂解油收率低、催化功能单一、芳烃的选择性不高以及生产成本高、稳定性差且易失活等，很难实现工业化应用。因此，开发高效使用寿命长等综合性能优异的催化剂是实现富氢废弃物制芳烃高值化应用亟待解决的关键科学问题之一。

生物炭作为生物质热解转化产生的固体残渣，孔隙度高、表面积大、活性基团含量高，在催化方面具有广阔的应用前景。生物炭的主要优点在于，一是采用廉价的可再生生物质，如果壳、秸秆等作为生物炭的原材料，可大大降低生物炭的生产成本同时又有利于提高废弃资源的综合利用水平，二是在化学活化过程中生物炭的孔隙结构和表面化学均可被调节改善。

近年来，将生物炭作为催化剂应用于生物质快速热解制备芳烃类化合物已经成功得到了验证，其主要机制为生物炭上的羧基等官能团促进生物质发生齐聚反应、脱羰基反应、脱羧基反应等，继而转化为芳烃类化合物。专利文献CN103031157A公开了一种由生物质炭制取富氢气体的方法。该方法在流化床反应器中，以水蒸汽为气化剂，生物质炭被连续的送入反应器中，在反应温度为700～950℃，S/C(水碳比)为1～5的条件下进行气化反应，生成以H₂、CO为主要成分的富氢气体。该方法具有反应装置操作简单、反应条件容易控制及适合规模化生产等特点。然而，该方法生产的氢气体转化率较低，而且生产的气体较为单一。

发明内容

针对废弃物利用率低、裂解生物油中芳烃选择性低以及生物气中氢气选择性低等问题，本发明提供一种以板栗壳作为催化剂应用到富氢废弃物的转化中，可以定向、高效的转化富氢废弃物。本发明提供的定向生产富含芳烃生物油和富含氢气生物质气的方法在确保原料高效利用的基础上，还可以同时制备富含芳烃生物油和富含氢气生物气，具有裂解生物油中芳烃选择性高以及生物气中氢气选择性高的优点。

本发明提供了一种定向生产富含芳烃生物油和富含氢气生物质气的方法，包括以下步骤：