热等离子体煤和生物质共裂解机理的理论研究

发布时间：2021-10-11 11:08

　　热等离子体裂解煤、煤焦油和生物质等制乙炔是绿色高效的先进技术。该方法可将复杂的原料一步转化为乙炔等有机化工基础原料。热等离子体技术的规模化研究证明了其工业化的可行性。由于该裂解过程是超高温、毫秒级反应,利用目前的实验表征和检测手段难以获得具体的裂解机理。因此,本文以密度泛函理论（DFT）为基础,结合Mayer键级理论,对热等离子体中的反应路径进行理论计算及分析,主要工作内容如下:（1）煤焦油是煤热解的副产物,其富含重质芳烃,碳氢比较高,热等离子体工作气中的氢气有利于煤焦油转化为乙炔。选择萘作为煤焦油中稠环芳烃的模型化合物,探究其在氢等离子体中的裂解路径。DFT的计算结果表明,在高反应活性的氢自由基的参与下,萘裂解所需的能垒大大降低。通过两条主要裂解路径,萘极易转化为乙炔、氢气和炭黑,这与文献报道的实验结果吻合较好。（2）生物质作为富氢的可再生资源,在与煤的热等离子体共裂解过程中可补充体系中的氢元素,发生协同作用,使得乙炔收率增加。根据生物质和煤的两步裂解机理,选取乙酸作为生物质中全纤维素的初级裂解产物代表,以苯和萘代替煤的挥发分中芳香烃,探究热等离子体共裂解的协同机理。DFT的计算结果... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１热等离子体裂解技术的工艺流程图【５］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｐｒｏｃｅｓｓ?ｆｌｏｗ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｐｌａｓｍａ?ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＾??

能，具体催化过程及能量见?。??（ａ）?（ｂ）??１５０?－?ＴＳＩ２?１５０?￣?ＴＳ１４?ＴＳ１５??｜｜１七，．＇、?｜?＇?＇ｎ?，??；?、、、?ＴＳ１３?！?ｉｈ－ＣｃＨＬ．＋Ｈ－ｂ?、、、??ｍ－ＣＨ＾ｔＣＨＣＱＱＨ?ｐｄ＋ＣＨｉＣＯＯＨ???Ｐ＇＜ｄ＋Ｈ：〇??１００?＿?ｊ?１？？?－?；??＝?．?：?■？?！??Ｉ?Ｉ??Ｉ?含?丨??５０－?；?５０－?：??０－?ｏ－＾Ｈ＾ＯＯＨ?〇－??图４．３不同催化剂参与下的苯炔的异构化反应路径和所需能量：（ａ）乙酸，（ｂ）水??Ｆｉｇｕｒｅ?４．３?Ｔｈｅ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｐａｔｈｗａｙｓ?ａｎｄ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?ｅｎｅｒｇｉｅｓ?ｒｅｑｕｉｒｅｄ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｉｓｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ?ｏｆ?０－Ｃ６Ｈ４??ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃａｔａｌｙｓｔｓ：?（ａ）?ＣＨ３ＣＯＯＨ，?（ｂ）?Ｈ２Ｏ??从图中可以看出，在乙酸及水的催化下，〇－Ｃ６Ｈ４异构化为ｐ－Ｃ６Ｈ４：所需跨过??的能垒大大降低。在无催化剂作用下，〇－Ｃ６Ｈ４转化为ｐ－Ｃ６Ｈ４：的活化能垒为３４２．０??ｋＪ／ｍｏｌ和２４６．５ｋＪ／ｍｏｌ，而乙酸的参与使该异构反应的活化能降至１４３．７ｋＪ／ｍｏ丨和??５．１ｋＪ／ｍｏｌ，水的参与使该异构反应的活化能降至１４４．１ｋＪ／ｍｏ丨和１９．３ｋＪ／ｍｏｌ。其??中，乙酸相较水的催化活性更好，更有利于该反应的发生。ｐ－ＣｈＨ４：极易开环成丨－??Ｃ６Ｈ４，该化合物在等离子体超高温下会继续受热分解生成ｎ－Ｃ４Ｈ３？和Ｃ２Ｈｓ随后??４５??


本文编号：3430388