改性HZSM-5催化纤维素快速热解挥发物定向制备轻质芳烃

发布时间：2021-03-03 14:33

　　生物油酸度高、氧含量高、不稳定且低热值,限制了其大规模高效利用。对生物质热解挥发分进行催化重整可显著提高生物油品质,尤其是利用具有选择性催化功能的分子筛催化剂可得到大量轻质芳烃。轻质芳烃是重要的化工原料,利用生物质生产轻质芳烃是实现它们可持续化生产的重要方法。然而生物质转化为芳烃的机理还不明确,并且芳烃的产量与选择性还有待进一步提高。本文以获得轻质芳烃制得高品质油,揭示其中的催化反应过程为目标进行了以下研究:首先使用5A、SAPO-34、HY、BETA和HZSM-5（Z5）五种沸石催化剂进行纤维素的催化快速热解（CFP）,探究了沸石的孔隙和酸度与苯、甲苯、乙苯、二甲苯和萘等轻质芳烃（BTEXN）产率和选择性之间的关系。结果表明:沸石的酸度和孔径均显著影响生物油的组成,尤其是芳烃和积炭的产生。5A和SAPO-34催化所得生物油具氧含量较高,弱酸性沸石HY和BETA所得BTEXN的碳产率仅为6.5%和9.0%。由于合适的孔径分布和酸性位点,Z5的BTEXN碳产率高达21.1%。通过程序升温氧化分析沉积在沸石上的结焦发现,孔道与酸性对积炭的形成均有直接的影响。通过详细分析生物油和气体的组成,... 

【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

Z5骨架结构

3 沸石结构对热解挥发物改质过程中轻芳烃形成的影响地通过 LP 并通过与酸性位点的相互作用裂解成小分子片段。另一方面，HY 和BETA 导致更高的积炭产率，因为这种具有更大孔径的沸石为积炭前体的沉积提供了更大的空间。同时，形成与积炭产生有关的中间体和过渡态，导致更多的碳质残余物沉积在沸石酸位点[81]。LP 中大分子的存在会使许多酸性位点中毒，并在孔隙中沉积大量积炭聚结，使催化剂迅速失活[67]。这种现象通过积炭沉积的峰值和 TPO 分析中相应温度值得到证实。因此，可以推测 LP 沸石在催化的初始阶段具有良好的催化活性，然后迅速失活，并最终在后期积累大量的积炭。

图 3-11 纤维素转化为烯烃和芳烃的可能反应途径Figure 3-11 The proposed reaction pathway for cellulose conversion to olefin and aromatics3.5 本章小结(Chapter Summary)沸石孔结构（孔径和形状）与酸性位点之间存在显著的协同作用，这不仅极大地影响芳族化合物的产生，而且还影响纤维素热解的挥发物重整过程中积炭在沸石上的形成和沉积。Z5，BETA 和 HY 可以导致轻质芳烃产率的增加。轻质芳烃的产率显著取决于沸石类型，其中 Z5 获得 BTEXN 的碳产率高达 21.1%。5A和 SAPO-34 催化剂不利于催化重整，这使得芳族化合物的产率低于未催化实验。纤维素热解挥发物的催化重整是自由基反应。沸石的孔特征和酸性位点决定了催化剂的活性特征。未来的工作将集中在改性 Z5 的酸度和孔径分布以进一步改善生物质 CFP 期间的轻质芳烃形成的研究中。

【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质三组分热解反应及动力学的比较[J]. 黄娜,高岱巍,李建伟,陈标华.  北京化工大学学报(自然科学版). 2007(05)

博士论文
[1]基于组分的生物质热分解及交互作用机制研究[D]. 辛善志.华中科技大学 2014
[2]木质原料快速热解制取生物油及生物油分级催化提质研究[D]. 彭锦星.天津大学 2012



本文编号：3061435