生物質(zhì)快速熱裂解氣的原位催化轉化的研究.pdf

1、熱解生物油的制備工藝通常為生物質(zhì)經(jīng)快速熱裂解成為熱裂解氣、裂解氣再經(jīng)過一步或多步冷凝成為生物油。這種直接得到的生物油品質(zhì)差，不能直接用作內(nèi)燃機燃料，通常經(jīng)過催化轉化以提高生物油的品位，這種加熱—冷卻—再加熱的工藝無疑增加了生物油制備過程的能耗，而且研究表明，生物質(zhì)快速熱裂解氣的冷凝過程伴隨著部分組分的重新結合形成更穩(wěn)定的分子，從而增加了后續(xù)催化提質(zhì)的難度。如果能在裂解氣冷凝前將其原位催化轉化，不僅可以降低能耗，還有可能改善生物油的質(zhì)量，

2、達到一石二鳥的效果。
　　基于這樣的思路，本論文進行了生物質(zhì)快速熱裂解氣的原位催化轉化研究，旨在通過原位催化轉化在一定程度上改善傳統(tǒng)生物油含氧量高，熱值低，酸度大，腐蝕性大，不穩(wěn)定等問題。通過選用不同類型的分子篩、不同硅鋁比的HZSM-5以及用過渡金屬氧化物負載的HZSM-5作催化劑，研究了它們對生物質(zhì)快速熱裂解產(chǎn)物的原位催化作用，并通過各種表征技術對催化劑的性能作了初步的解釋。研究結果如下：
　　用HZSM-5，USY-1

3、，H-beta三種不同類型的分子篩對木屑的快速熱裂解氣進行原位催化轉化。研究了不同分子篩對生物油產(chǎn)率、生物油組分分布及催化劑積碳的影響。實驗結果表明，使用催化劑后生物油的產(chǎn)率有所降低，但生物油組分種類和含量都發(fā)生了明顯的變化。三種分子篩中，HZSM-5催化產(chǎn)生的烴類含量大大增加，輕質(zhì)苯酚含量也明顯增加，重質(zhì)苯酚和糖類含量明顯降低，催化效果顯著。分子篩上積碳量大小順序為:USY-1＞H-beta＞HZSM-5。
　　HZSM-5的催

4、化能力主要受其酸性活性位點的影響，催化脫氧主要是在B酸位點上發(fā)生的。對硅鋁比分別為30，75，100，300的HZSM-5進行的原位催化轉化研究發(fā)現(xiàn)，硅鋁比較小的HZSM-5催化脫氧能力顯著，產(chǎn)生了大量的烴類，主要是芳烴，同時輕質(zhì)苯酚有所增加，重質(zhì)苯酚則顯著降低。此外，隨著硅鋁比的增大，HZSM-5催化脫氧能力大大降低。
　　用一系列過渡金屬氧化物(Fe，Co，Ni，Cu，Zn)負載的HZSM-5(Si/Al=30)進行原位催化轉

5、化實驗。結果發(fā)現(xiàn)，過渡金屬氧化物引入后HZSM-5的催化脫氧效果與之前相比，催化油中酸類以及酮類含量都顯著降低，因此油的酸性降低，穩(wěn)定性相對增強。但其烴類、輕質(zhì)苯酚的含量較負載前則明顯降低。這可能是由于負載的活性組分覆蓋了HZSM-5的酸性位點，也有可能是改變了酸類型，從而使得催化脫氧能力降低。氧化鐵負載的HZSM-5催化性能明顯優(yōu)于其他催化劑。
　　通過研究不同種類的分子篩、不同硅鋁比的HZSM-5、以及不同過渡金屬氧化物負載的