MCM-41和HZSM-5协同在线催化提质生物油

发布时间：2020-05-05 07:01

【摘要】：能源是现代社会赖以发展的基础,合理有效的开发清洁的可再生能源对缓解我国日益严峻的能源危机和环境问题具有重要的战略意义。生物质被认为是目前唯一一种能够制备液体燃料的可再生有机碳资源,而对生物质热解气进行催化裂解是生物油提质的主要方法之一。本文选取农作废弃物油菜秸秆作为典型生物质原料,以HZSM-5和MCM-41分子筛为催化剂,在两段式固定床反应器上进行了协同在线催化生物质热解气制备精制生物油的研究。具体研究工作如下:(1)以油菜秸秆为原料,在两段式固定床反应器上进行了MCM-41分子筛在线催化提质生物质热解气的试验研究。考察了催化温度、催化床层高度和体系压力对精制生物油有机相产率的影响;采用正交试验法和响应面法优化了催化提质工艺过程。结果表明,催化温度、催化床层高度和体系压力对精制生物油有机相产率影响较大,且催化温度和体系压力之间存在明显的交互作用;正交试验法优化的结果为催化温度500℃,催化床层高度2.5cm,体系压力5kPa,该条件下有机相产率为15.57%,响应面法优化的结果为催化温度502℃,催化床层高度2.7cm,体系压力7kPa,该条件下有机相产率为15.84%。(2)在最优有机相产率条件下,采用MCM-41分子筛在线催化提质生物质热解气制备精制生物油,并对有机相产物进行分析。对不同使用时间的催化剂及制取的有机相产物进行分析,从生物油品质和催化剂失重率两个角度分析了催化剂的使用耐久性。结果表明,精制生物油有机相中芳香族类物质含量较高,为58.45%,且主要为酚类物质(占芳香族类的64.69%),脂肪烃类含量为16.53%;精制生物油有机相在惰性氛围和氧化氛围的失重差距明显,在空气氛围具有较好的燃尽效果,最终灰分残余量仅为0.37%;当催化剂连续在线催化提质生物质热解气100min后,精制生物油有机相品质逐渐恶化,催化剂活性明显降低。(3)采用两种方案分层布置催化剂(HZSM-5/MCM-41和MCM-41/HZSM-5),与MCM-41和HZSM-5单独催化进行了对比,对制取的有机相产物进行了详细的分析。结果表明,协同催化较单独催化可获得较高的气相产率和较低的液相产率;协同催化生成了许多芳香烃类物质,且有机相中含氧芳香族类物质有所降低,其中MCM-41/HZSM-5协同催化更有利于有机相中烃类物质的生成,且烃类物质以单环芳香烃为主,同时碳原子数为C6~C9的烃类物质含量较高。(4)将单独使用(MCM-41和HZSM-5)和分层布置(HZSM-5/MCM-41和MCM-41/HZSM-5)的催化剂分别连续在线催化提质生物质热解气200min,对各失活催化剂样本在空气氛围下进行热重分析。结果表明,在300℃~800℃区间内,HZSM-5分子筛有两个失重区间,MCM-41分子筛仅有一个失重区间,表明HZSM-5上沉积的焦炭既包含纤维状焦炭,又包含一定量的石墨状焦炭,而MCM-41上沉积的焦炭多为疏松的纤维状焦炭。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK6

【参考文献】