催化劑及生物質廢棄物的處理方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及可再生生物質能源技術領域，特別涉及催化劑及生物質廢棄物的處理 方法。
【背景技術】
[0002] 輕質芳烴指含有單個苯環(huán)的烴類，其中苯、甲苯和二甲苯（亦稱BTX)，是有機化工 的基礎原料，廣泛用于合成纖維、合成樹脂、合成橡膠以及各種精細化學品。低碳烯烴是石 油化工的基本原料，下游產品是聚烯烴塑料制品，用途十分廣泛，也是國家經濟發(fā)達程度的 一項標志。但目前市場上，輕質芳烴和低碳烯烴的生產主要依賴石油資源進行生產。中國 石油資源不多，產品供需矛盾突出，這一現象普遍存在于石油資源缺乏的國家。因此開發(fā)新 的芳烴生產過程，具有重要的戰(zhàn)略意義和現實意義。
[0003] 美國MOBILE公司使用ZSM-5分子篩催化劑將甲醇轉化為高質量的芳烴（MTA) (US 4590421);清華大學也成功了開發(fā)了 MTA技術（CN101671226A)。近年，華能集團等單位在 MTA技術基礎上開發(fā)了煤改制芳烴的工藝。但目前這些相對成熟的工藝技術的原料根本上 仍然是局限于化石燃料。
[0004] 生物質為一切有生命的可以生長的有機物質，包括植物、動物和微生物。目前可供 開發(fā)利用的生物質資源主要是各種有機廢棄物，以農作物秸桿以及林業(yè)廢棄物等木質纖維 素類物質原料為主。我國生物質資源豐富。一方面，我國是農業(yè)大國，每年產生大量的鋸末、 秸桿以及稻殼等農林廢棄物。另一方面隨著我國城市化的進行，每天也產生相當的城市污 水處理污泥。城市污水處理污泥本質為無水中的有機廢棄物及細菌殘骸堆積，主要成分是 糖類、蛋白質以及油脂。這些農村及城市生產生活中的生物質廢氣物目前還缺乏合理有效 的資源化利用技術。熱解技術能夠在中溫（400?600°C)、缺氧的條件下，將生物質顆粒迅 速加熱裂解產生大量的有機蒸汽。而催化手段可以進一步將生物質熱解有機蒸汽可以轉化 為輕質芳烴和低碳烯烴。
[0005] 在國內芳烴需求高速增長、產能擴張相對滯后以及美國頁巖氣革命使全球芳烴烯 烴供給偏緊等多重因素作用下，芳烴烯烴價格將經歷一輪價格上漲周期。因此，在芳烴烯烴 價格上漲與我國豐富生物質資源的背景下，開發(fā)由生物質廢棄物制取輕質芳烴和低碳烯烴 的技術，不僅為芳烴烯烴的生產開辟一條新的技術路線，減少對石油原料的依賴程度，也為 我國生物質廢棄物的資源化合理利用找到一條現實可行的出路。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明解決的技術問題在于提供一種催化劑及生物質廢棄物的處理方法，所述催 化劑催化效率高，使用所述催化劑處理生物質廢棄物后芳烴的碳轉化率較高。
[0007] 本發(fā)明公開了一種催化劑，由以下方法制得：
[0008] (A)將Si/Al為30?80的ZSM-5分子篩浸入Ga(N03)3溶液中進行離子交換，然 后進彳丁抽濾；
[0009] (B)將所述抽濾后的分子篩經干燥后，進行焙燒，得到催化劑。
[0010] 優(yōu)選的，所述Ga(N03)3溶液的濃度為0? 1?0? 3mol/L〇
[0011] 優(yōu)選的，所述離子交換和抽濾反復進行3?5次。
[0012] 優(yōu)選的，所述干燥的溫度為120?180°C，干燥的時間為5?12小時。
[0013] 優(yōu)選的，所述焙燒的溫度為450?650 °C，所述焙燒的時間為1?5小時。
[0014] 本發(fā)明還公開了一種生物質廢棄物的處理方法，包括以下步驟：
[0015] (A)將干燥后的生物質廢棄物進行熱解，得到有機蒸汽；
[0016] (B)所述有機蒸汽在權利要求1所述的催化劑作用下反應，經分離，得到輕質芳烴 和低碳烯烴。
[0017] 優(yōu)選的，所述干燥后的生物質廢棄物的含水量低于10wt%。
[0018] 優(yōu)選的，所述熱解的溫度為500?600 °C。
[0019] 優(yōu)選的，所述步驟（B)中，所述反應的溫度為600?700 °C。
[0020] 優(yōu)選的，所述催化劑的質量與干燥后的生物質廢棄物的質量比為1:2?10。
[0021] 與現有技術相比，本發(fā)明的生物質廢棄物的處理方法，包括以下步驟：將干燥后的 生物質廢棄物進行熱解，得到有機蒸汽；所述有機蒸汽在所述的催化劑作用下反應，經分 離，得到輕質芳烴和低碳烯烴。所述催化劑，由以下方法制得：將Si/Al為30?80的ZSM-5 分子篩浸入Ga(N03)3溶液中進行離子交換，然后進行抽濾；將所述抽濾后的分子篩經干燥 后，進行焙燒，得到催化劑。本發(fā)明的催化劑為Ga (N03)3改性的ZSM-5催化劑，通過調節(jié)硅 鋁比以及負載的金屬氧化物，調節(jié)了催化劑的酸性和孔道結構，從而促進了輕質芳烴和低 碳烯烴的生成。實驗結果表明，利用所述催化劑進行生物質廢棄物處理，轉化得到的輕質芳 烴的碳轉化率高于18%，低碳烯烴的碳轉化率高于19%。
【具體實施方式】
[0022] 為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是 應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要求的 限制。
[0023] 本發(fā)明實施例公開了一種催化劑，由以下方法制得：
[0024] (A)將Si/Al為30?80的ZSM-5分子篩浸入Ga(N03)3溶液中進行離子交換，然 后進彳丁抽濾；
[0025] (B)將所述抽濾后的分子篩經干燥后，進行焙燒，得到催化劑。
[0026] 本發(fā)明所述催化劑是將ZSM-5分子篩經過改性得到的。首先選用Si/Al為30? 80的ZSM-5分子篩為原料，本發(fā)明對于所述Si/Al為30?80的ZSM-5分子篩的來源沒有 特殊限制，可以通過市售的ZSM-5分子篩通過脫硅處理得到。
[0027] 首先將Si/Al為30?80的ZSM-5分子篩浸入Ga (N03)3溶液中進行離子交換，然后 進行抽濾。所述Ga (N03)3溶液的濃度優(yōu)選為0? 1?0? 3mol/L，更優(yōu)選為0? 15?0? 2mol/L〇 所述離子交換時的pH值優(yōu)選為1?3,更優(yōu)選為2。所述離子交換時的溫度優(yōu)選為100? 200°C，更優(yōu)選為130?160°C，最優(yōu)選為140?150°C。通過離子交換，Ga離子吸附于ZSM-5 分子篩上。所述離子交換后，進行抽濾，去除多余的水分。優(yōu)選的，所述離子交換和抽濾反 復進行3?5次。通過多次離子交換和抽濾，使得較多的Ga離子吸附于ZSM-5分子篩上。
[0028] 按照本發(fā)明，抽濾后，將所述抽濾后的分子篩經干燥后，進行焙燒，得到催化劑。所 述干燥的溫度優(yōu)選為120?180°C，更優(yōu)選為140?160°C，最優(yōu)選為150°C;所述干燥的時 間優(yōu)選為5?12小時，更優(yōu)選為7?10小時。所述焙燒的溫度優(yōu)選為450?650°C，更優(yōu) 選為500?550°C;所述焙燒的時間優(yōu)選為1?5小時，更優(yōu)選為3?4小時。通過焙燒Ga 離子形成Ga的氧化物（Ga 203)，負載于ZSM-5上，促進輕質芳烴和低碳烯烴的生成。所述輕 質芳烴主要包