用于原料热解的催化剂制造技术

本发明专利技术提供了用于在单阶段中将原料加工成单芳香族化合物的新型催化剂混合物，所述催化剂混合物包括至少一种裂化催化剂、一种多相过渡金属催化剂和任选的至少一种氢化催化剂。该过程在一步或单阶段中发生，基本上无溶剂或外部添加剂，或当原料含有小于15％氧时，该过程包括另外的水或蒸汽以允许原位产生足够量的H2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用新型催化剂混合物的原料单阶段催化性快速热解(“CFP”)。
技术介绍
在由生物来源的废弃材料或含聚合物原料生产液体燃料和化学前体中目前存在相当大的兴趣。木质纤维素生物质作为用于生产可再生液体生物燃料和其他商业上有价值的化合物的原料是特别感兴趣的。它是木本植物和非木本植物的主要结构组分，并且由纤维素、半纤维素和木质素组成。在木质纤维素生物质(主要是木质素)中发现的芳香族碳水化合物聚合物对于生产高价值平台化学品是感兴趣的，所述平台化学品包括单芳香族化合物例如苯、甲苯、二甲苯、己内酰胺、苯酚及其衍生物(例如，愈创木酚和儿茶酚)，所述平台化学品可用于制备各种化学品和材料。平台化学品是对于溶剂、燃料、聚合物、药物、香料和食物的重要前体。木质纤维素生物质或生物来源的原料通过热解的转换涉及许多反应步骤，从而导致含有多重组分以及显著水蒸气、二氧化碳和焦炭的液体产物。转换过程可为非催化的，但催化通过去除液体产物中的氧，增加H:C比，并且增加总体得率，来改善液体产物的质量。用于将固体生物质转换为液体组分例如燃料的目前方法涉及多个步骤和长加工时间，这极大增加了生物质加工的成本。已作为实现此类目标的可行技术出现的一个过程是快速热解。快速热解通过在高温下在短时间量中的还原转换，将许多生物来源的材料转换为液体烃。设想小转换工厂可定位接近于大型生物质源，并且将材料转换为液体形式，所述液体形式可使用现有基础设施容易地运输至炼油厂和化工厂，以在常规烃加工设备中进行(共)加工。为了实现这种愿景，所产生的液体产物必须具有允许类似于化石烃加工的特性，并且衍生的液体和产物的价值必须足以抵消生物质加工步骤的附加成本。为此，认识到需要催化剂以便调谐产物的特性和得率。被催化的过程通常被称为催化性快速热解(CFP)。CFP采用在沸石催化剂的存在下，在非氧化大气中生物质快速加热至在400℃至600℃范围内的温度，并且在单一步骤中将生物质转换为汽油相容性芳香族化合物。尽管CFP需要较短的停留时间且使用廉价催化剂，但一般而言，木质素及其他生物质组分经由CFP转换为液体烃具有高焦炭得率和酸性液体产物的缺点，所述酸性液体产物具有剩下的高级分的氧。此外，CFP产生大量CO和CO2以及蒸汽。所有这些观察结果的原因可追溯到进料的氧含量和经过常规解聚催化剂发生的反应类型。与烃不同，碳水化合物的裂化导致高度反应性含氧化合物的形成。这些含氧化合物趋于与其他含氧部分或烯烃缩合，以形成焦炭。任何剩余含氧化合物均促成最终产物的酸度，并且反应器中氧的存在导致CO、CO2和蒸汽的形成。因此，用于木质素CFP的催化剂必须考虑这些附加反应进行设计。通常，生物质的加工还可在两步过程中完成，其中在500℃-700℃下的快速热解随后为在约400℃下的催化热解。两步过程增加液体的得率，但在经济上不可行。此外，期望使用除原材料外的最低限度外部添加剂或不使用外部添加剂例如气体或液体，以减少CPF过程中的操作和材料成本。多步CPF和/或利用添加剂的CPF是工业中众所周知的。例如，给予Chen的美国专利公开号2013/0030228教导了产生含芳香族烃的流出物的方法，所述方法包括在催化剂、氢和有机溶剂的存在下快速加热基于生物质的原料的步骤，以形成含芳香族烃的流出物。给予Huber的美国专利公开号2009/0227823教导了经由催化热解用于流体烃产物的组合物和方法，所述催化热解涉及使用包括固体含烃材料和多相热解催化剂组分的混合物的组合物。给予Huber的美国专利公开号2013/0060070教导了用于由固体含烃材料产生一种或多种流体烃产物的方法，所述方法包括：将固体含烃材料和氢或氢源进料至反应器，随后使固体含烃材料热解，并且使热解产物和氢催化反应，以产生一种或多种流体烃产物。给予Sarkar的美国专利号8,487,142教导了用于由含碳材料产生小分子量有机化合物的过程，所述过程包括在预定温度和压力下，在变换催化剂的存在下，使含碳材料与一氧化碳(CO)和蒸汽接触的步骤。给予Chen的美国专利号8,404,908教导了包括在氢大气下，使木质素与氢化催化剂反应，以将酸性含氧化合物转换为较少酸性的含氧化合物或烃的过程。含氧化合物在脱氢和脱氧过程中反应，以去除氧，并且将环状烃转换回芳香族化合物。上述现有技术教导了多步或多阶段过程，或外部添加剂例如溶剂和/或气体的添加，以起始含碳材料的解聚过程。因此，存在对使用具有最低限度的添加剂或不含添加剂的催化剂组合物的单阶段、一锅法的需要，以由聚合物产生液体解聚产物，例如由木质素和木质纤维素原料产生单芳香族化合物，伴随改善的得率、减少的焦炭产生和一氧化碳的管理。还存在对催化剂组合物的需要，通过在单一组合物中掺入多重催化官能团，所述催化剂组合物提供了经济上更可行的过程，由此减少所需过程步骤数目。
技术实现思路
本专利技术涉及用于原料的单阶段催化性快速热解(“CFP”)的新型催化剂混合物，所述催化剂混合物包括：1)至少一种裂化催化剂；2)多相过渡金属水-煤气变换催化剂；和任选的3)至少一种氢化催化剂。本专利技术还涉及使用新型催化剂混合物的原料的单阶段催化性快速热解，以产生单芳香族化合物产物，基本上无溶剂或其他外部添加剂。可替代地，对于含有小于15％氧的原料，本专利技术还涉及使用新型催化剂混合物的单阶段催化性快速热解，伴随另外的水或蒸汽，以产生单芳香族化合物。与本领域已知的常规催化剂相比较，新型催化剂混合物产生格外高量的单芳香族化合物，所述单芳香族化合物是用于下游商业产物的有用中间产物。附图说明为了本专利技术的性质和优点的更完全理解，应参考与附图结合阅读的下述详述。图1示出了使用新型催化剂混合物，使芳香族聚合物催化性快速热解为单芳香族化合物的步骤，所述新型催化剂混合物执行(perfume)催化裂化、水-煤气变换和任选的氢化。具体实施方式本专利技术涉及用于原料的单阶段催化性快速热解(“CFP”)的新型催化剂混合物，所述催化剂混合物包括：1)至少一种沸石裂化催化剂；2)多相过渡金属水-煤气变换催化剂；和任选的3)至少一种氢化催化剂。本专利技术还涉及评价原料的氧含量，使得在大于15重量％的氧含量下，原料经历使用新型催化剂混合物的单阶段催化性快速热解，以产生单芳香族化合物产物，基本上无溶剂或其他外部添加剂。可替代地，对于具有小于15重量％氧含量的原料，原料经历使用新型催化剂混合物和另外的水或蒸汽的单阶段CFP，以确保原位产生足够量的氢气用于氢化。与本领域已知的常规催化剂相比较，新型催化剂混合物产生格外高量的单芳香族化合物，所述单芳香族化合物是用于下游商业产物的有用中间产物。术语“原料”和“生物质原料”指基于植物的原始材料，其含有高分子量和高沸点的芳香族CHO聚合物。在该定义内包括的是“木质纤维素生物质”，其指由碳水化合物聚合物(例如纤维素、半纤维素)和芳香族聚合物木质素组成的植物物质。碳水化合物聚合物通常与木质纤维素生物质中的木质素结合。木质纤维素是用于本专利技术的方法的合适原料或底物，其中高分子量芳香族CHO聚合物解聚且转换为更有价值的单芳香族化合物产物。替代的合适原料包括含有基于植物的材料，但并非直接得自植物的任何材料，例如粪便、市政废物(如食物废物或污水)和得自植物材料中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于原料的单阶段催化性快速热解的催化剂混合物，所述催化剂混合物包括：a)至少一种裂化催化剂；b)多相过渡金属水‑煤气变换催化剂；和任选的c)至少一种氢化催化剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.07 US 61/937,0011.一种用于原料的单阶段催化性快速热解的催化剂混合物，所述催化剂混合物包括：a)至少一种裂化催化剂；b)多相过渡金属水-煤气变换催化剂；和任选的c)至少一种氢化催化剂。2.根据权利要求1所述的催化剂混合物，其中所述裂化催化剂是选自下述的沸石裂化催化剂：FAU、CHA、MOR骨架类型、ACO、AEI、AEN、AFN、AFT、AFX、ANA、APC、APD、ATT、CDO、DDR、DFT、EAB、EDI、EPI、ERI、GIS、GOO、IHW、ITE、ITW、LEV、KFI、MER、MON、NSI、OWE、PAU、PHI、RHO、TH、SAT、SAV、SIV、THO、TSC、UEI、UFI、VNI、YUG、ZON、MFI、LTA、BEA骨架类型、ZSM-5、镁碱沸石、沸石Y、沸石β、丝光沸石、MCM-22、ZSM-23、ZSM-57、SUZ-4、EU-1、ZSM-11、(S)AIPO-31、SSZ-23、SAPO、ALPA和MeALPO。3.根据权利要求2所述的催化剂混合物，其中所述至少一种沸石裂化催化剂选自沸石Y、ZSM-5及其混合物。4.根据权利要求2所述的催化剂混合物，其中所述至少一种沸石裂化催化剂是以5:1至1:5比率的至少一种大孔沸石和至少一种小孔沸石的混合物。5.根据权利要求1所述的催化剂混合物，其中所述多相过渡金属水-煤气变换催化剂包括至少一种金属氧化物、以及任选促进的载体。6.根据权利要求5所述的催化剂混合物，其中所述金属氧化物选自铂、铼、钴及其混合物，并且所述载体选自Al2O3和二氧化硅，并且所述任选促进剂选自铈、钼和钨。7.根据权利要求6所述的催化剂混合物，其中所述水-煤气变换催化剂包括在Mo促进的Al2O3载体上的铂(Pt)氧化物和铼(Re)氧化物。8.根据权利要求1所述的催化剂混合物，其中所述至少一种氢化催化剂包括选自镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)及其组合的金属。9.根据权利要求8所述的催化剂混合物，其中所述氢化催化剂包括Ni。10.根据权利要求1所述的催化剂混合物，其中所述裂化催化剂或所述氢化催化剂中的至少一种负载于固体载体上。11.根据权利要求10所述的催化剂混合物，其中所述裂化催化剂或所述氢化催化剂中的至少一种负载于多孔微球体上。12.根据权利要求11所述的催化剂混合物，其中所述多孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·麦圭尔，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：美国;US