生物质能源利用过程中焦油催化裂解的研究

发布时间：2020-10-30 22:38

　　 生物质是继煤炭、石油、天然气之后的第四大能源,但生物质能源利用过程中产生的焦油具有毒性大、腐蚀设备等问题,因此,需寻找一种经济有效的方法去除生物质能源利用过程中产生的焦油,从而提高其利用率。本论文重点研究了一类来源广泛、制备工艺简单的催化剂对焦油不同组分的催化裂解作用。选择环己烷、正庚烷、甲苯、噻吩、吡啶作为生物质焦油组分的模型化合物,以煤半焦(char)作为催化剂载体,制备了不同表面结构及其负载不同金属的半焦基催化剂,在固定床反应器内研究了焦油的不同组分在半焦基催化剂作用下的变化情况及催化剂的使用寿命。通过X射线衍射(XRD)、N_2等温吸附脱附(BET、BJH)、扫描电镜-能谱(SEM-EDS)、红外光谱(IR)、气相色谱、气相色谱-质谱联用(GC-MS)等方法对催化剂及液相和气相产品进行表征。采用水蒸气活化半焦制备的系列活化半焦催化剂(AC-X),具有丰富的孔隙结构和较大的比表面积,活化后半焦表面的碱金属含量增加,活化前后半焦的微晶结构差异较小。活化半焦对模型化合物的催化裂解效果影响较大,其中AC-15催化剂,在裂解温度为600℃,催化剂用量为5g时,对模型化合物环己烷的催化裂解比热裂解的H_2和CH_4收率分别提升了138%和24%,液体收率降低了3.59%。不同活化半焦对模型化合物裂解效果不同,其中,AC-15催化剂对模型化合物正庚烷的裂解效果最好,H_2收率和CH_4收率达到213.39mL/g和23.05mL/g,催化剂的催化活性在反应240min时依然稳定。采用浸渍法制备的Fe-char和Ni-char催化剂对五种模型化合物的催化裂解效果差异较大,其中,Ni-char催化剂对正庚烷的裂解效果最好,Fe-char催化剂对环己烷的催化裂解效果最好。Ni-char催化剂对五种模型化合物的催化活性均高于char和Fe-char催化剂,但其催化活性受积碳影响较大。Ni-char催化剂原料易得,工艺简单,焦油裂解率高,具有一定的工业应用价值。通过GC-MS和IR分析不同模型化合物在半焦基催化剂作用下的产物,探究反应机理。结果表明:AC-15及Ni-char催化剂催化烷烃时液相产物主要生成小分子烯烃,AC-15催化剂催化裂解环烷烃及芳香烃时主要发生加氢反应和开环反应,Ni-char催化剂催化环烷烃和芳香烃时主要发生开环反应和重组反应。
【学位单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

图 1-1 我国一次能源消耗数据分布图前，我国一次能源消耗数据的分布如图 1-1 所示。由图可以看出，我国开采利用仍占较大比例，对可再生能源的利用仅为 0.5%。基于此，201院办公厅发布了《能源发展战略行动计划（2014－2020 年）》[7]，以及在 月国家发改委发布了《国家应对气候变化规划（2014－2020）》，明确发展风能、太阳能、生物质能等清洁能源”。物质能源是所有的可再生清洁能源中唯一的碳源，且易于运输和储存。

图 2-1 实实工艺实程图2-过滤器，3-三通阀，4-安全阀，5-恒实泵，6-单向阀，7-转子实量，10-蒸发器，11-气体预热器，12-电炉，13-热电偶 14-冷凝器，1516-针阀剂的制备催化剂的制备龙潭褐煤筛分出粒径在 0.4~1mm 之攻的颗粒。在反应器中再加入 200g 粒径为 0.4~1mm 之攻的小龙潭褐煤，安实好床层 42cm 处。 N2减压阀至开启国态，打开 N2钢瓶阀门，调节减压阀后实实总电源、加热炉、气体预热器、N2质量实量计开关，始温度为 40℃在 60min 逐渐升至 800℃，在 800℃下保温 9半焦（实实过程在惰性气体氮气的气氛下完成，氮气实量为 1

2）调节 N2减压阀至开启国态，打开 N2钢瓶阀门，调节减压阀压力不超过 1MPa，使用 N2吹扫系统 20min，将加热炉的温度提升到 800℃，预热器温度 300℃，启动加热炉升温程序。调节床层温度为 800℃。3）待反应管升温至 800℃。打开恒实泵以 2.5mL/min 泵入蒸馏水。蒸馏水将以水蒸气的形式进入反应管中对催化剂进行扩孔，保持预热器温度为 300℃。改变水蒸气通入时攻，分别制得活化时攻为 0min、5min、10min、15min、30min 和60min 的半焦基催化剂，分别表示为：AC-0，AC-5，AC-10，AC-15，AC-30，AC-60。制取不同活化的半焦基催化剂并实入自封袋中待用。2.2.3.3 镍基、铁基催化剂的制备国基、国基催化剂的制备实程如图 2-3 所示：
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本文编号：2863094