生物质经合成气制芳烃的方法介绍

生物质气化是生物质利用的重要方向之一，是在高温条件下，将生物质燃料中的可燃部分转化为可燃气的热化学反应。生物质气化的原料来源广泛，可以用秸秆、薪柴、林业加工废弃物等废弃物资源，生物质气化的产品即合成气，是一碳化工的源头，可以用来生产甲醇、合成油等各种化工产品。

目前，利用合成气制芳烃的途径主要有两种：合成气经费托合成制芳烃、合成气经甲醇制芳烃。

1.1合成气经费托合成制芳烃

费托合成（Fischer-Tropsch）是目前应用最广泛的合成气制燃料、化学品的生产工艺。自1923年发明以来，受到广泛的关注，南非Sasol、美国Shell、Rentech等公司开发了多种费托合成技术。目前费托合成的原料合成气大多来自煤气化，以生物质作为气化原料与费托合成相结合，将合成气转化为燃料及其它化学品也是生物质利用路线之一。费托合成按其反应体系的温度可分为低温费托技术和高温费托技术两大类。以Sasol公司开发的费托合成技术为例，低温费托合成反应温度约250℃，绝大部分产品为烷烃，不含芳烃；高温费托合成反应温度约350℃，产品中烯烃和烷烃含量超过80%，芳烃含量约6%[3]。可见，虽然费托合成可作为生物质气化的一种转化方式，但其主要产品烷烃和烯烃，芳烃仅占很小的一部分。

1.2合成气经甲醇/二甲醚制芳烃

目前，合成气制甲醇/二甲醚技术成熟，且国内甲醇产能过剩，将甲醇作为高附加值化学品的生产原料进行综合利用不仅能消化部分甲醇产能，也为芳烃生产提供了一条可行的路径。早在1985年，Mobil公司就在其专利中首次公布了甲醇、二甲醚转化制芳烃的研究成果，但芳烃产率不高[4]。2002年Chevron Phillips公司也在专利中公布了采用两种分子筛催化剂由甲醇、二甲醚为原料联合生产芳烃的技术[5]。

近年来，国内甲醇、二甲醚芳构化的技术取得突破性进展，包括中科院山西煤炭化学研究所的固定床甲醇、二甲醚制芳烃（MTA）技术[6]和清华大学的甲醇、二甲醚循环流化床制芳烃（FMTA）技术[7]。其主要原理是：以甲醇或二甲醚为原料，采用改性ZSM-5催化剂，将甲醇、二甲醚转化为以芳烃尾注的产物，经冷却分离将气相产物低碳烃和液相产物分离，液相产物萃取得到芳烃，低碳烃类进一步芳构化。目前，采用FMTA技术的100吨/年实验装置已连续稳定运行上千小时。2010年6月，中国华电集团已决定采用清华大学的FMTA技术在山西建设万吨级中试装置和工业化项目[8]。此外，河南煤化集团研究院与北京化工大学合作对甲醇芳构化催化剂性能改进开展研究，并取得阶段性成果。

无论是生物质通过费托合成还是经甲醇制芳烃，都需要经过生物质向合成气的转化。与煤相比，生物质作为气化原料具有：挥发分高、固定碳含量低的特点，其灰分和热值明显低于煤炭，且生物质硫含量、氮含量低，气化过程中产生的二氧化硫和氮氧化物较少，对环境影响小[10]，是一种优良的合成气生产原料。但生物质的能量密度低，存在气化时温度过低、过程不易控制、设备易腐蚀、生成焦油多等诸多问题。不仅如此，生物质气化过程中生物质原料中约有50%的碳被转化成二氧化碳而不是一氧化碳，气化效率低于煤炭。因此，目前合成气的生产原料仍然以煤为主，目前甲醇制芳烃新建装置都是采用煤气化产生的合成气为甲醇原料，未见采用生物基合成气生产甲醇的报道。