糠醇缩合产物加氢反应规律研究

发布时间：2017-10-08 07:39

  本文关键词：糠醇缩合产物加氢反应规律研究

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【摘要】：随着我国经济的快速发展及人口的急剧增加,需要更多的能源来满足社会发展的需求,而如今石油资源的供应不足与全球能源危机,促使探究石油补充替代能源十分紧迫,生物质作为一种可再生的清洁能源受到越来越多的国家和研究机构的高度关注。文献中一般采用糠醛/丙酮、2-甲基呋喃、乙酰丙酸为原料,经过增长碳链和贵金属加氢脱氧反应,生产通过汽油、柴油等生物燃料,本论文采用具有自主知识产权的生物燃料技术路线,以源于生物质的糠醇为原料,在一定温度及硫酸的催化作用下,通过自身的缩合达到扩链的目的,然后再经过催化加氢脱氧得到碳数为C10-C20的烃类燃料。本文研究的重点是糠醇扩链产物以非贵金属Ni为主体的加氢脱氧反应规律,为由生物质通过化学催化法生成新一代的汽柴油烃类燃料的技术路线积累基础研究数据。首先研究糠醇扩链产物的组成。通过红外光谱,液相色谱等方法对糠醇缩合物进行检测,发现糠醇自缩合产物中包括二聚物,三聚物,四聚物以及少量的高聚物,产物溶于丙酮、乙醇、甲苯等溶剂,但难溶于水及正辛烷。并以雷尼镍为催化剂进行糠醇缩合物的初步加氢,气质联用分析产物中二聚物含量最多。接着考察了Ni/HZSM-5(50)催化剂对单呋喃环模型化合物的加氢脱氧催化活性,发现该催化剂对四氢呋喃有较好的开环和加氢脱氧活性,加氢后产物开环比例为54.3%,而目标产物正戊烷占32%,将该催化剂进一步用于多呋喃环糠醇缩合物的加氢反应,发现在加氢产物中开环比例为43.5%,非极性物质占21.2%,开环比例和脱氧量均低于单呋喃环化合物,因此使用二次加氢工艺,即将第一次加氢产物产物过滤后补充一定溶剂及新的催化剂,再次进行加氢脱氧反应。接下来使用二次加氢工艺考察催化剂用量,催化剂种类,第二次加氢,温度,溶剂,搅拌速率等工艺因素对糠醇缩合物加氢脱氧反应的影响。发现催化剂的酸强度较大时,会有相当多的溶剂乙醇生产乙醚、乙烷,使用酸性较弱的Al2O3负载Mo-Ni时乙醇副反应程度降低,催化剂对缩合产物的催化活性较好;在对缩合产物进行第一次加氢后加压蒸馏,再对剩余馏分进行第二次加氢的工艺条件下累计非极性产物比例达到52.9%;二次加氢反应温度升高到340℃,非极性产物增加到53.9%。最后本论文还研究了缩合物以甲苯作为溶剂,使用一次加氢工艺的反应规律。主要考察了升温方式,反应时间及原料浓度等因素对糠醇缩合物加氢脱氧反应的影响。发现阶梯升温(温度先升到260℃反应3 h,接着再升到340℃再反应3 h)的方式有助于更多的非极性物质生成,产物中非极性产物占比为44.3%。
【关键词】：生物质 糠醇缩合物 加氢脱氧 烃类燃料
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O621.251
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-13
• 2 文献综述13-24
• 2.1 生物质生产生物柴油13-16
• 2.1.1 酯交换技术生产第一代生物柴油13
• 2.1.2 催化加氢技术生产第二代生物柴油13-15
• 2.1.3 生物柴油新进展15-16
• 2.2 糠醛基物质增长碳链16-18
• 2.2.1 糠醛丙酮缩合增长碳链16
• 2.2.2 2-甲基呋喃增长碳链16-17
• 2.2.3 5-羟甲基糠醛增长增长碳链17-18
• 2.2.4 糠醇自身缩合增长碳链18
• 2.3 糠醛基扩链物质制备烃类燃料18-21
• 2.3.1 糠醛丙酮缩合物制备烃类燃料18-19
• 2.3.2 2-甲基呋喃扩链产物制备烃类燃料19-20
• 2.3.3 5-羟甲基糠醛扩链产物制备烃类燃料20
• 2.3.4 糠醇缩合物加氢脱氧制备烃类燃料20-21
• 2.4 制烷烃的技术路线、研究方案以及章节内容安排21-24
• 2.4.1 技术路线21-22
• 2.4.2 研究方案22-23
• 2.4.3 主要章节内容23-24
• 3 糠醇缩合物的制备及表征24-34
• 3.1 实验试剂及主要仪器24
• 3.2 糠醇缩合物制备24-26
• 3.3 糠醇缩合物的表征26-33
• 3.3.1 糠醇及其缩合物的红外光谱分析26-27
• 3.3.2 糠醇及其缩合物的液相色谱分析27-29
• 3.3.3 糠醇缩合物的气质联用分析29-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 糠醇缩合物加氢脱氧反应规律研究34-64
• 4.1 实验试剂及主要仪器34
• 4.2 糠醇缩合物加氢反应的实验装置34-36
• 4.3 分析方法36-38
• 4.3.1 气相色谱分析36
• 4.3.2 相对质量校正因子36-37
• 4.3.3 理论加氢量和实际加氢量的计算方法37-38
• 4.3.4 气质联用分析38
• 4.4 Ni/HZSM-5（50）催化剂活性考察38-46
• 4.4.1 加氢催化剂Ni/HZSM-5（50）的制备及活化39
• 4.4.2 Ni/HZSM-5（50）催化四氢糠醇加氢39-41
• 4.4.3 Ni/HZSM-5（50）催化糠醇缩合物加氢41-43
• 4.4.4 糠醇缩合物加氢脱氧产物气相色谱分析方法确定43-46
• 4.5 Ni/HZSM-5（50）催化剂用量对加氢反应的影响46-50
• 4.5.1 加氢反应实验条件46-47
• 4.5.2 糠醇缩合物加氢实验结果47-48
• 4.5.3 乙醇加氢反应实验的研究48-50
• 4.6 Ni/HZSM-5（50）与Mo-Ni-Al2O3催化剂对加氢反应的影响50-55
• 4.6.1 Ni/HZSM-5（50）与Mo-Ni-Al2O3催化剂的加氢能力对比50-52
• 4.6.2 第二次加氢工艺的改进52-55
• 4.7 第二次催化加氢温度对加氢反应的影响55-59
• 4.7.1 加氢反应的实验条件55-56
• 4.7.2 糠醇缩合物加氢实验结果56-59
• 4.8 甲苯对糠醇缩合物加氢脱氧反应的影响59-61
• 4.8.1 加氢反应的实验条件59-60
• 4.8.2 糠醇缩合物加氢实验结果60-61
• 4.9 搅拌对糠醇缩合物加氢脱氧反应的影响61-63
• 4.9.1 加氢反应的实验条件61-62
• 4.9.2 糠醇缩合物加氢实验结果62-63
• 4.10 本章小结63-64
• 5 糠醇缩合产物加氢反应一次加氢工艺条件的研究64-74
• 5.1 直接升温及阶梯升温对糠醇缩合物加氢脱氧反应的影响64-69
• 5.1.1 加氢反应的实验条件64-65
• 5.1.2 糠醇缩合物加氢实验结果65-66
• 5.1.3 直接升温产物的气质联用表征66-69
• 5.2 反应时间对糠醇缩合物加氢脱氧反应的影响69-71
• 5.2.1 加氢反应的实验条件69
• 5.2.2 糠醇缩合物加氢实验结果69-71
• 5.3 反应物浓度对糠醇缩合物加氢脱氧反应的影响71-73
• 5.3.1 加氢反应的实验条件71
• 5.3.2 糠醇缩合物加氢实验结果71-73
• 5.4 本章小结73-74
• 6 结论与展望74-76
• 6.1 本文结论74-75
• 6.2 本文展望75-76
• 参考文献76-79
• 附录A79-88
• 个人简历与发表论文88-89
• 致谢89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：992801