NPSC体系下Ti/HZSM-5在线催化裂解生物油的实验研究
发布时间：2021-10-14 14:10
采用离子交换法对HZSM-5进行了Ti负载改性,利用SEM（EDS）、XRD、BET和Py-IR对Ti/HZSM-5进行了表征;建立了低温等离子体协同催化（Non-thermal plasma synergistic catalysis,NPSC）体系,并在该体系下利用Ti/HZSM-5进行了在线催化裂解生物油的研究,分析了"三效"（包括低温等离子体、HZSM-5本身和改性成分）催化对生物油品质以及催化剂稳定性的影响。结果表明,精制生物油产率降低,但其理化特性得到明显提升,高位热值达37.02 MJ/kg;精制生物油中烃类含量和组成均得到明显提升和改善,低温等离子体技术的协同作用,有效增强了裂解脱氧性能,烃类质量分数达89.49%,且多环芳香烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）明显减少,但精制生物油仍属缺氢燃料;Ti改性成分与高能放电、HZSM-5之间存在多重交互作用,较强的裂解性能使Ti/HZSM-5结焦量有所增加,并出现两类焦炭"同构化"现象,较低的（nH/nC）eff使催化剂稳定性难以得到实质性提升。
【文章来源】：石油学报(石油加工). 2018,34(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
图１ＮＴＳＣ反应器结构示意图Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅＮＴＳＣｒｅａｃｔｏｒ
介质管两端为端盖，采用聚四氟乙烯加工，密封处设有氟胶垫片，依靠中心电极两端的螺母预紧力实现密封。以ＮＰＳＣ反应器为核心的ＮＰＳＣ系统如图２所示。通过控制阀及水循环式真空泵实现对反应器内部真空度的控制。系统的放电功率采用电压－电荷Ｌｉｓｓａｊｏｕｓ图形法测量，测量回路是由Ｃ１、Ｃ２组成的容性分压电路、取样电容Ｃｍ和数字示波器构成［１７］。催化反应区温度由置于反应器中心盲管内的热电偶及电子测温仪测量并显示。图２ＮＰＳＣ系统组成示意图Ｆｉｇ．２ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅＮＰＳＣｓｙｓｔｅｍ系统对通入的气体进行放电产生的活性物质是影响催化效果的主要因素之一，而放电功率决定了反应器单位时间内放电产生活性物质的数量［１８］；在电学上，反应器等效于气隙等效电容和介质等效电容的串联，而负载特性是反应器和ＮＴＰ电源匹配的重要参数。反应器的单位长度介质等效电容Ｃｄ、单位长度气隙等效电容Ｃｇ和放电功率Ｐ的计算公式分别如式（３）、式（４）和式（５）所示：Ｃｄ＝２πεｄε０ｌｎ（ｒ２／ｒ１）＋ｌｎ（ｒ４／ｒ３）（３）式（３）中ε０、εｄ为真空介电常数和介质相对介电常数，ｒ１、ｒ２为内阻挡介质的内、外表面半径，ｒ３、ｒ４为外阻挡介质的内、外表面半径。Ｃｇ＝２πεｇε０ｌｎ（ｒ３／ｒ２）（４）式（４）中εｇ为气隙相对介电常数。Ｐ＝４ｆＣｄ１１＋Ｃ
系压力，并利用压力表实时监测体系内部压力。图３基于ＮＰＳＣ的生物油在线催化提质实验系统Ｆｉｇ．３Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍｏｆｂｉｏ－ｏｉｌｉｎ－ｓｉｔｕｃａｔａｌｙｔｉｃｕｐｇｒａｄｉｎｇｂａｓｅｄｏｎＮＰＳＣ１—Ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ；２—Ｈｅａｔｉｎｇｓｌｅｅｖｅｓ；３—ＮＰＳＣｒｅａｃｔｏｒ；４—Ｃｏｏｌｉｎｇｔｏｗｅｒ；５—Ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇｔｕｂｅ；６—Ｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｖａｌｖｅ；７—Ｖａｃｕｕｍｐｕｍｐ；８—Ｎｉｔｒｏｇｅｎｃｙｌｉｎｄｅｒ；９—Ｂｉｏ－ｏｉｌｃｏｌｌｅｃｔｏｒ；１０—Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；１１—Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓｒｅａｃｔｏｒ；１２—Ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ前期研究表明，当热解终温为４９５．５℃，升温速率为１９．４℃／ｍｉｎ，体系压力为５．０ｋＰａ时，油菜秸秆真空热解生成较多的可冷凝有机蒸气［２０］。因此，在本研究中亦采用相同的生物质热解工艺条件。当ＮＰＳＣ反应器达到设定的反应温度，加载电源进行高压高频放电；同时，开始进行生物质热解，一定量的生物质原料裂解形成热解气，热解气经ＮＰＳＣ反应器放电活化，并经分子筛催化后被迅速抽出，经充分冷却（冷却温度为－２０℃）后冷凝得到液相产物。实验完毕，停止放电，并关闭真空泵和调压阀，打开氮气瓶截止阀通入一段时间的氮气，确保产物、催化剂等不与空气接触反应而导致产物收率和品质以及催化剂性质的改变。待实验系统温度冷却至室温后，停止
【参考文献】：
期刊论文
[1]HZSM-5上生物质催化裂解的近期研究进展（英文）[J]. 谭顺,张志军,孙剑平,王清文. 催化学报. 2013(04)
[2]DBD反应器中催化剂颗粒直径对放电功率的影响[J]. 陈明功,荣俊锋,余东旭,颜凌燕,陈明强,万亚丽,范旭,倪源满,李广程. 高校化学工程学报. 2012(05)
本文编号：3436314
【文章来源】：石油学报(石油加工). 2018,34(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
图１ＮＴＳＣ反应器结构示意图Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅＮＴＳＣｒｅａｃｔｏｒ
介质管两端为端盖，采用聚四氟乙烯加工，密封处设有氟胶垫片，依靠中心电极两端的螺母预紧力实现密封。以ＮＰＳＣ反应器为核心的ＮＰＳＣ系统如图２所示。通过控制阀及水循环式真空泵实现对反应器内部真空度的控制。系统的放电功率采用电压－电荷Ｌｉｓｓａｊｏｕｓ图形法测量，测量回路是由Ｃ１、Ｃ２组成的容性分压电路、取样电容Ｃｍ和数字示波器构成［１７］。催化反应区温度由置于反应器中心盲管内的热电偶及电子测温仪测量并显示。图２ＮＰＳＣ系统组成示意图Ｆｉｇ．２ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅＮＰＳＣｓｙｓｔｅｍ系统对通入的气体进行放电产生的活性物质是影响催化效果的主要因素之一，而放电功率决定了反应器单位时间内放电产生活性物质的数量［１８］；在电学上，反应器等效于气隙等效电容和介质等效电容的串联，而负载特性是反应器和ＮＴＰ电源匹配的重要参数。反应器的单位长度介质等效电容Ｃｄ、单位长度气隙等效电容Ｃｇ和放电功率Ｐ的计算公式分别如式（３）、式（４）和式（５）所示：Ｃｄ＝２πεｄε０ｌｎ（ｒ２／ｒ１）＋ｌｎ（ｒ４／ｒ３）（３）式（３）中ε０、εｄ为真空介电常数和介质相对介电常数，ｒ１、ｒ２为内阻挡介质的内、外表面半径，ｒ３、ｒ４为外阻挡介质的内、外表面半径。Ｃｇ＝２πεｇε０ｌｎ（ｒ３／ｒ２）（４）式（４）中εｇ为气隙相对介电常数。Ｐ＝４ｆＣｄ１１＋Ｃ
系压力，并利用压力表实时监测体系内部压力。图３基于ＮＰＳＣ的生物油在线催化提质实验系统Ｆｉｇ．３Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍｏｆｂｉｏ－ｏｉｌｉｎ－ｓｉｔｕｃａｔａｌｙｔｉｃｕｐｇｒａｄｉｎｇｂａｓｅｄｏｎＮＰＳＣ１—Ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ；２—Ｈｅａｔｉｎｇｓｌｅｅｖｅｓ；３—ＮＰＳＣｒｅａｃｔｏｒ；４—Ｃｏｏｌｉｎｇｔｏｗｅｒ；５—Ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇｔｕｂｅ；６—Ｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｖａｌｖｅ；７—Ｖａｃｕｕｍｐｕｍｐ；８—Ｎｉｔｒｏｇｅｎｃｙｌｉｎｄｅｒ；９—Ｂｉｏ－ｏｉｌｃｏｌｌｅｃｔｏｒ；１０—Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；１１—Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓｒｅａｃｔｏｒ；１２—Ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ前期研究表明，当热解终温为４９５．５℃，升温速率为１９．４℃／ｍｉｎ，体系压力为５．０ｋＰａ时，油菜秸秆真空热解生成较多的可冷凝有机蒸气［２０］。因此，在本研究中亦采用相同的生物质热解工艺条件。当ＮＰＳＣ反应器达到设定的反应温度，加载电源进行高压高频放电；同时，开始进行生物质热解，一定量的生物质原料裂解形成热解气，热解气经ＮＰＳＣ反应器放电活化，并经分子筛催化后被迅速抽出，经充分冷却（冷却温度为－２０℃）后冷凝得到液相产物。实验完毕，停止放电，并关闭真空泵和调压阀，打开氮气瓶截止阀通入一段时间的氮气，确保产物、催化剂等不与空气接触反应而导致产物收率和品质以及催化剂性质的改变。待实验系统温度冷却至室温后，停止
【参考文献】：
期刊论文
[1]HZSM-5上生物质催化裂解的近期研究进展（英文）[J]. 谭顺,张志军,孙剑平,王清文. 催化学报. 2013(04)
[2]DBD反应器中催化剂颗粒直径对放电功率的影响[J]. 陈明功,荣俊锋,余东旭,颜凌燕,陈明强,万亚丽,范旭,倪源满,李广程. 高校化学工程学报. 2012(05)
本文编号：3436314
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