胜利褐煤负载镍催化剂的制备及其催化生物质焦油裂解研究
发布时间：2020-08-04 19:10
【摘要】：本文通过离子交换法将镍负载到褐煤焦上制备了胜利褐煤焦负载镍催化剂(Ni/SLC),对褐煤进行温和氧化制备了氧化胜利褐煤焦负载镍催化剂(Ni/OXSLC)。研究了溶液p H值和炭化温度(CT)对催化剂的物理化学性质的影响。在两段式固定床反应器中将Ni/SLC和Ni/OXSLC催化剂应用于玉米芯热解挥发分的催化重整,研究了温度、水蒸气和空速(SV)对气体产率和碳分布的影响。结果表明:p H值和CT对催化剂的镍微晶尺寸(NCS)和比表面积(SSA)均有明显影响。p H值为11,CT为650 o C制备所得Ni/SLC的SSA为最大的236.3 m2/g,镍颗粒分散均匀,NCS为5.6 nm。双氧水氧化将-COOH和R-OH等含氧官能团引入到褐煤中。Ni/OXSLC比Ni/SLC催化剂具有更小的NCS、更大的SSA和更好的镍颗粒分散性。在650 o C,SV为3600 h-1下Ni/SLC催化剂表现出比树脂负载镍催化剂(Ni/RC)和商业Ni/Al2O3催化剂更高的焦油裂解活性,所得的气体产率高达44.7 mmol/g。当温度高于650 o C时,由于催化剂镍颗粒烧结团聚导致NCS的增大,进而导致催化剂活性的降低。水蒸气的引入不仅促进生物质挥发分的改质,而且通过水煤气反应抑制催化剂表面结焦。Ni/OXSLC催化剂的使用明显提高了气体产率,达到47.9 mmol/g,是相同条件下无催化实验的3.4倍和Ni/SLC催化剂的1.1倍。本研究揭示了焦炭负载镍(Ni/Char)作为生物质挥发分低温催化裂解潜在催化剂的可能性。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ426;TK6
【图文】：
比表面积测定仪 美国康塔（Quantachrome）公司 Autosorb-1扫描电子显微镜 美国飞雅（FEI）公司 Quanta 250透射电子显微镜 美国飞雅（FEI）公司 Tecnai G2 F20实验所用主要试剂碱式碳酸镍、碳酸铵、氨水（25-28 wt.%）、硫酸镍和双氧水（30 wt.%）均为市售分析纯试剂。2.3 实验步骤（Experimental Procedure）2.3.1 树脂负载镍催化剂的制备催化剂的制备流程如图 2-1 所示，将 20 g D151 型离子交换树脂放入 500 mL烧杯中，加入 10.5 g NiSO4·6H2O 粉末，加入适当氨水溶液，通过调整氨水用量来调节溶液的 pH 值（9-12）。室温下搅拌约 24 h 后过滤，然后用去离子水洗涤，直到滤液中检测不到镍离子为止。然后在 80oC 真空干燥箱中干燥 24 h，以制备树脂负载镍（Ni/Resin）。最后将 Ni/Resin 在氮气气氛 10oC/min 的加热速度下从室温加热到所需温度（500、600、650 和 700oC），达到所需的温度后保持 0.5h 以脱除挥发分。得到树脂负载镍催化剂（Ni/RC）。
图2-2 Ni/SLC催化剂的制备流程Figure 2-2 Procedure for preparation of Ni/SLC.2.3.3 氧化胜利褐煤焦负载镍催化剂的制备（1）胜利褐煤的氧化选取双氧水溶液作为氧化剂氧化 SL。称取 10 g SL 放入 500 mL 烧杯中，加入双氧水溶液，在50oC 恒温水浴锅中氧化一定的时间后过滤并用去离子水洗涤，直至滤液无颜色，将滤饼于真空干燥箱中 80oC 干燥 12 h，以制备双氧水氧化胜利褐煤（OXSL）。考察氧化时间（2 h、5 h、10 h 和 15 h），双氧水浓度（10 wt.%、20 wt.%和 30 wt.%）和 SL 与双氧水比例（1 g/10 mL、1 g/12 mL 和 1 g/14 mL）对 SL 氧化的影响。（2）氧化胜利褐煤焦负载镍催化剂的制备同2.3.2的催化剂制备步骤可制备得到 pH 值为11，CT 为650oC 的氧化胜利褐煤焦负载镍催化剂（Ni/OXSLC）。2.3.4 实验装置和流程
褐煤焦负载镍催化剂（Ni/OXSLC）。2.3.4 实验装置和流程如图2-3所示，生物质焦油裂解是在两段式固定床石英反应器中进行的。反应器的石英管内径为20 mm，主体长度为900 mm，两个加热炉分别对反应器上下两段进行加热。两段式反应器的温度分别由加热炉控制，1 mm 的 K 型热电偶线分别放在样品和催化剂的中心位置，使用 PID 控制器来设定温度。为了使样品各处的温度均匀，在靠近中间热电偶的地方又安装了两个热电偶，但是这两个热电偶是通过每个电炉中间的孔，安装在反应器外面的。在加热过程中，当炉温小于800oC 时
本文编号：2780972
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ426;TK6
【图文】：
比表面积测定仪 美国康塔（Quantachrome）公司 Autosorb-1扫描电子显微镜 美国飞雅（FEI）公司 Quanta 250透射电子显微镜 美国飞雅（FEI）公司 Tecnai G2 F20实验所用主要试剂碱式碳酸镍、碳酸铵、氨水（25-28 wt.%）、硫酸镍和双氧水（30 wt.%）均为市售分析纯试剂。2.3 实验步骤（Experimental Procedure）2.3.1 树脂负载镍催化剂的制备催化剂的制备流程如图 2-1 所示，将 20 g D151 型离子交换树脂放入 500 mL烧杯中，加入 10.5 g NiSO4·6H2O 粉末，加入适当氨水溶液，通过调整氨水用量来调节溶液的 pH 值（9-12）。室温下搅拌约 24 h 后过滤，然后用去离子水洗涤，直到滤液中检测不到镍离子为止。然后在 80oC 真空干燥箱中干燥 24 h，以制备树脂负载镍（Ni/Resin）。最后将 Ni/Resin 在氮气气氛 10oC/min 的加热速度下从室温加热到所需温度（500、600、650 和 700oC），达到所需的温度后保持 0.5h 以脱除挥发分。得到树脂负载镍催化剂（Ni/RC）。
图2-2 Ni/SLC催化剂的制备流程Figure 2-2 Procedure for preparation of Ni/SLC.2.3.3 氧化胜利褐煤焦负载镍催化剂的制备（1）胜利褐煤的氧化选取双氧水溶液作为氧化剂氧化 SL。称取 10 g SL 放入 500 mL 烧杯中，加入双氧水溶液，在50oC 恒温水浴锅中氧化一定的时间后过滤并用去离子水洗涤，直至滤液无颜色，将滤饼于真空干燥箱中 80oC 干燥 12 h，以制备双氧水氧化胜利褐煤（OXSL）。考察氧化时间（2 h、5 h、10 h 和 15 h），双氧水浓度（10 wt.%、20 wt.%和 30 wt.%）和 SL 与双氧水比例（1 g/10 mL、1 g/12 mL 和 1 g/14 mL）对 SL 氧化的影响。（2）氧化胜利褐煤焦负载镍催化剂的制备同2.3.2的催化剂制备步骤可制备得到 pH 值为11，CT 为650oC 的氧化胜利褐煤焦负载镍催化剂（Ni/OXSLC）。2.3.4 实验装置和流程
褐煤焦负载镍催化剂（Ni/OXSLC）。2.3.4 实验装置和流程如图2-3所示，生物质焦油裂解是在两段式固定床石英反应器中进行的。反应器的石英管内径为20 mm，主体长度为900 mm，两个加热炉分别对反应器上下两段进行加热。两段式反应器的温度分别由加热炉控制，1 mm 的 K 型热电偶线分别放在样品和催化剂的中心位置，使用 PID 控制器来设定温度。为了使样品各处的温度均匀，在靠近中间热电偶的地方又安装了两个热电偶，但是这两个热电偶是通过每个电炉中间的孔，安装在反应器外面的。在加热过程中，当炉温小于800oC 时
【参考文献】
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本文编号：2780972
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