生物質(zhì)熱解衍生物催化轉(zhuǎn)化催化劑積炭動力學(xué)及機理研究.pdf

1、在化石燃料枯竭、生態(tài)環(huán)境惡化的現(xiàn)代社會，世界各國均高度重視開發(fā)利用清潔可再生能源，生物質(zhì)能源儲量豐富、來源廣泛、低污染、零CO2排放，而且是唯一可再生的有機碳來源，被認(rèn)為是可以部分取代化石燃料的新能源。
　　生物質(zhì)催化熱解可以一步制備高品質(zhì)液體燃料和化學(xué)品，是極具發(fā)展?jié)摿Φ纳镔|(zhì)能利用技術(shù)。但在熱解過程中催化劑容易積炭失活，導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率和選擇性降低，限制了生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展。因此，研究生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)中催化劑的積炭行為

2、至關(guān)重要。
　　生物質(zhì)熱解衍生物的催化轉(zhuǎn)化是復(fù)雜反應(yīng)過程，研究不同含氧官能團(tuán)的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性有助于探究其反應(yīng)過程中的積炭機理。本文選取糠醛、愈創(chuàng)木酚作為生物質(zhì)熱解的模型化合物，在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化，考察了反應(yīng)條件（反應(yīng)溫度、質(zhì)量空速、分壓）對催化轉(zhuǎn)化產(chǎn)物產(chǎn)率和選擇性以及催化劑積炭量的影響。結(jié)果表明，溫度對?；锎呋D(zhuǎn)化的影響最顯著，可以通過控制反應(yīng)條件以提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率。根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)物分布隨反應(yīng)時間的變化，推測了糠醛和愈

3、創(chuàng)木酚可能的反應(yīng)途徑。根據(jù)反應(yīng)條件對催化劑積炭量的影響，建立了積炭量與反應(yīng)條件的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)模型，可以預(yù)測反應(yīng)過程中催化劑的積炭量。
　　為了進(jìn)一步研究催化劑的積炭機理，采用熱重分析、氮氣等溫吸附脫附、氨氣程序升溫脫附、X射線衍射、掃描電子顯微鏡等技術(shù)對不同反應(yīng)時間的積炭催化劑進(jìn)行了表征，探究積炭隨反應(yīng)時間的演變行為。研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)初期，催化劑表面有大量的酸性中心，促進(jìn)了催化反應(yīng)及積炭反應(yīng)，積炭量迅速增加，沉積在催化劑表面及孔道內(nèi)，導(dǎo)

4、致催化劑比表面積及孔體積迅速下降，酸性中心減少。反應(yīng)后期，積炭增量趨于平緩，積炭物種向稠環(huán)芳烴演變。
　　利用集總的方法，將生物質(zhì)熱解衍生物催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的原料和產(chǎn)物分為六個集總組分建立?；锎呋D(zhuǎn)化的集總反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，同時考慮反應(yīng)溫度、質(zhì)量空速、分壓、反應(yīng)時間、催化劑積炭失活等影響因素，建立了考慮積炭失活的集總動力學(xué)模型，利用數(shù)學(xué)擬合確定了動力學(xué)參數(shù)，并對該模型進(jìn)行了統(tǒng)計學(xué)驗證。結(jié)果表明各組分模型計算值與實驗值的平均相對誤差一般小于