基于HZSM-5分子筛催化剂催化裂解生物质制备单环芳烃的研究

发布时间：2020-07-29 16:31

【摘要】：在化石资源紧缺的背景下,传统化工行业需要加速革新技术。单环芳烃(MAHs)作为重要的化工原料,其传统的制备方法过度依赖石油等不可再生资源。HZSM-5催化热解生物质制备MAHs的技术路线是具有潜力的技术之一,但所得生物油中含有大量有害的多环芳烃(PAHs),并且HZSM-5催化剂易积碳失活,这些特性均阻碍了该技术的商业化应用。为此,分别通过改性催化剂和引入额外氢源的方式优化了 HZSM-5催化热解生物质制备单环芳烃的技术路线。1、Ti(SO4)2-Mo2N/HZSM-5催化剂催化裂解松木选择性制备单环芳烃为了实现在抑制多环芳烃的基础上选择性制备单环芳烃,对HZSM-5分子筛催化剂进行了改性(Mo2N/HZSM-5、Ti(SO4)2/HZSM-5、Ti(SO4)2-Mo2N/HZSM-5),并将改性催化剂用于松木的催化裂解实验。分别在热裂解仪-气相色谱质/谱联用仪(Py-GC/MS)和生物质催化裂解小试实验装置上考察了不同改性催化剂、催化裂解温度以及催化剂/生物质比对芳香烃产物分布的影响。Py-GC/MS实验结果表明,在催化裂解温度为650℃、催化剂/生物质比为7的最佳工况下,Ti(SO4)2-Mo2N/HZSM-5催化性能最优,MAHs的产率达到了 12.53wt%,而PAHs的产率仅为 1.1Owt%。与 HZSM-5 相比,Ti(SO4)2-Mo2N/HZSM-5 显著促进了 MAHs 的形成并抑制了 PAHs。此外,根据小试实验结果可知,Ti(SO4)2-Mo2N/HZSM-5相比未改性催化剂,提高了油相和气相产物的产率,降低了固相产物的产率。当催化剂裂解温度为650℃、催化剂/生物质比为4:3时,Ti(SO4)2-Mo2N/HZSM-5作用下MAHs和PAHs的产率最佳,分别为9.71wt%和1.45wt%。同时,改性催化剂的稳定性测试也证实了 Ti(SO4)2-Mo2N/HZSM-5在MAHs的生成和抗失活方面优于HZSM-5。2、甲酸钙供氢作用下HZSM-5催化裂解松木选择性制备单环芳烃HZSM-5催化裂解生物质时,由于原料的低H/C比会导致催化剂孔道内烃池处在贫氢状态。为此,在催化裂解体系中引入供氢剂来提供额外的氢源。本研究在Py-GC/MS上进行了不同供氢剂(甲醇、甲酸钙、聚对苯二甲酸乙二酯)作用下HZSM-5催化裂解松木的实验。还考察了催化裂解温度、供氢剂/生物质比以及改性催化剂对供氢剂作用下芳烃产物收率的影响。实验结果表明,在扣除供氢剂催化裂解生成的热解产物后,甲醇、甲酸钙和聚对苯二甲酸乙二酯对单环芳烃产率的促进分别为-0.02%、-36.72%和6.74%,这说明甲酸钙具有良好的供氢效果。为了进一步提高MAHs的产量,分别用Zn、Fe和Ga对HZSM-5改性并用于甲酸钙供氢作用下松木的催化裂解实验,Ga改性明显促进了 MAHs的生成,相比未改性催化剂,MAHs的产率增加了 24.7%。除此之外,还考察了甲酸钙热解产物对HZSM-5催化热解产物分布的影响。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ241

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