废弃植物油脂与废聚乙烯塑料共裂解制备烃类燃料的研究

发布时间：2020-04-01 11:03

【摘要】：生物燃料相对于化石燃料最大的优点是具有可再生性和零排放性,目前,植物油脂是获得生物燃料的主要原料,动植物油脂通过热裂解等热化学手段可得到再生燃油,生产过程有可观的氢气富余。与此同时在市政固体垃圾、农业生产中有大量废弃塑料,因其在自然界难以分解形成白色污染,已经开展的废弃塑料热裂解研究表明供氢不足造成焦化,是液态产物得率低下的主要原因。本研究通过利用Zr203/A1203/Ti02多晶泡沫陶瓷催化剂催化废弃植物油脂与聚乙烯共裂解制备高品质可再生烃类燃料,通过GC-MS、FT-IR、GC等方法分析裂解得到的固体产物、液体产物和气体产物,探讨裂解温度、时间、催化剂添加比例、物料比例等因素对液体产物得率和产物组分分布的影响,并推断废弃植物油脂与聚乙烯共裂解成烃类的化学机理,同时,对催化剂进行了表征。通过Box-Behnken实验得到废弃植物油脂与聚乙烯共裂解制备高品质可再生烃类燃料最优条件,从而指导废弃油脂与聚乙烯共裂解制备高品质可再生烃类燃料的研究,突破我国高品质可再生烃类燃料研究的瓶颈问题。不同裂解条件对废弃植物油脂与聚乙烯共裂解制备高品质可再生烃类燃料影响如下:(1)随着裂解温度的升高,液体得率先增高然后出现下降的趋势,裂解的最适温度为430°C。裂解液体中直链烷烃含量高达74.47%,烯烃0.85%,芳烃含量为19.85%,含氧化合物几乎未检出。(2)最适裂解时间为40 min。随着裂解时间的增加。裂解液体中直链烷烃含量不断降低,从20 min的95.15%降低到60 min的59.49%,环烷烃、烯烃、芳烃都出现了增加的趋势,含氧化合物的含量也有小幅的增加。(3)最适催化剂添加比例为15%。催化剂添加比例从0%增大到15%时,直链烷烃含量从64.93%增加到97.85%,大到20%时略微下降到92.04%。环烷烃含量不断减少。催化剂添加比例10%以下芳烃含量变化不大,10%以上芳烃含量骤减。(4)废弃油脂与聚乙烯比例为1:1时,液体产物中直链烷烃含量高达97.85%。(5)对Zr203/A1203/Ti02泡沫陶瓷催化剂进行表征,具有Lewis酸位点和Bronsted酸位点,通过环境扫描电镜观察发现焙烧后的催化剂表面和内部孔道结构较多,且均为不规则结构,孔道壁有褶皱大大增加了催化表面积。对不同裂解体系的液体产物、气体产物作比较,分析了共裂解系统中可能发生的反应机理,气体产物中出现了大量的H2、CH4气体和一定含量的CO、C02气体。研究结果表明,油脂中的甘油基可能作为主要的氢源,提供了共裂解体系所需要的氢。聚乙烯的裂解反应机理为无规则断裂的自由基反应,废弃油脂的脱氧方式主要为酰氧键断裂方式(即脱羰反应),同时也伴随有脱羧基反应。对液体产物元素分析,并利用公式计算出裂解油热值为41.2 MJ/kg,和0#柴油相似。对比裂解油和0#柴油组分分布发现,裂解油中饱和烷烃含量远超出0#柴油。最后通过Box-Behnken实验设计,得到回归方程:Y%=65.14+2.51A+0.57B+0.2C+0.24AB-0.68AC-0.5BC-1.46A2-0.69B2-0.69C2;废弃油脂与聚乙烯共裂解体系中影响液体收率因素主次顺序为:裂解温度裂解时间催化剂添加比例;响应面优化后最佳的裂解条件为:裂解温度450 ℃,反应时间45 min,催化剂添加比例15%。
【图文】：

曲线,废弃油,共裂解,聚乙烯

逡逑图２．２中黑线、红线、蓝线分别是裂解液体、？固体残渣、气体得率曲线。逡逑液体得率在４８．３％－６３．１％之间，固体得率在２．３％－２８．４°／0之间，气体得率在逡逑２３．３－３５．３％之间。从图中可以看出，液体得率在４３０邋°Ｃ时最大，，相对含量为逡逑６３．１％。在低温时，废弃油脂与聚乙炼共裂解系统中，聚乙稀可能没有充全反逡逑应，因此液体得率受到了影响。而继续升温超过了最适反应温度后，部分液体逡逑产物会继续裂解成短碳链的气体，因此４６０°Ｃ下液体得率出现了小幅下降趋势。逡逑从固体得率曲线可以看出随着温度的升高固体得率迅速下降，这是因为在３４０逡逑°Ｃ时部分聚乙烯没有分解而随着温度升高混合物中聚乙烯达到其快速裂解的温逡逑度值，聚乙烯迅速裂解，液体得率大幅提升，而固体残渣迅速减少，４３０邋°Ｃ后逡逑固体残渣得率几乎稳定。气体得率曲线表明随着温度升高

共裂解,废弃油,主要成分,聚乙稀

逦２５逡逑Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ邋ｔｉｍｅ，ｍｉｎ逡逑图２．５废弃油脂与聚乙烯共裂解液体产物的主要成分和相对含Ｍ邋（４００邋°Ｃ）逡逑Ｆｉｇ邋２．５邋Ｍａｉｎ邋ｐｒｏｄｕｃｔｓ邋ｆｏｒ
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ517

【参考文献】