生物質(zhì)氣化焦油裂解顆粒催化劑的基礎(chǔ)研究.pdf

1、本研究的目的為開發(fā)適用于生物質(zhì)氣化焦油裂解的多孔白云石顆粒催化劑。首先，采用熱重分析法對(duì)焦油的催化裂解進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，探討了CaO·MgO混合物中MgO含量對(duì)反應(yīng)速度和最終殘留率的影響；其次，以白云石、擴(kuò)孔劑和粘結(jié)劑為原料，制備出多孔白云石顆粒，確定了多孔白云石的造粒工藝，探明了原料配比對(duì)顆粒強(qiáng)度、比表面積、孔隙率和孔徑分布的影響；最后，采用固定床反應(yīng)器，探討了多孔白云石顆粒對(duì)乙酸、苯裂解的催化性能。本研究得到的結(jié)論如下：
　　

2、 1.焦油的熱重變化過程可以分為室溫～200℃范圍內(nèi)的揮發(fā)階段和200～520℃范圍內(nèi)的熱裂解階段。在熱裂解階段中，反應(yīng)速率常數(shù)和溫度的關(guān)系可以用Arrhenius方程式表示。在MgO含量為50％的CaO·MgO混合物的催化作用下，焦油熱裂解反應(yīng)活化能從無催化劑時(shí)的20.9kJ/mol降低到16.5kJ/mol，最終相對(duì)殘留率降低到0.75。MgO含量為38.7％的煅燒白云石是有效的焦油裂解催化劑。
　　 2.多孔白云石顆粒強(qiáng)度

3、隨粘結(jié)劑/白云石質(zhì)量比的增加而增加，隨擴(kuò)孔劑/白云石質(zhì)量比的增加而逐漸減少。顆粒的比表面積和內(nèi)部孔隙率都隨擴(kuò)孔劑/白云石質(zhì)量比的增加而增大。在粘結(jié)劑/白云石質(zhì)量比為0.4、擴(kuò)孔劑/白云石質(zhì)量比為0.2時(shí)，顆粒強(qiáng)度、比表面積和孔隙率分別達(dá)到15N、17㎡/g和0.75cm3/g。顆粒內(nèi)部孔隙的孔徑在0.06～10μm范圍內(nèi)呈正態(tài)分布。多孔白云石顆粒的強(qiáng)度、比表面積和孔隙率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天然白云石顆粒。
　　 3.在乙酸的催化裂解中，增加

4、接觸時(shí)間或者提高溫度可以提高總氣體收率，降低積碳率。在接觸時(shí)間7.5s、反應(yīng)溫度800℃、水蒸氣/碳摩爾比為0的條件下，乙酸裂解的總氣體收率為91.3％、積碳率為8.0％，產(chǎn)熱量為12，140.7kJ/kg-acetic acid。加入水蒸氣對(duì)乙酸裂解的沒有影響。多孔白云石顆粒對(duì)乙酸的催化作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天然白云石顆粒。
　　 4.在苯的催化裂解中，增加接觸時(shí)間或者提高溫度可以提高總氣體和積碳收率，加入水蒸氣可以使積碳率大大降低。在

5、接觸時(shí)間15s、反應(yīng)溫度800℃、水蒸氣/碳摩爾比為0的條件下，苯裂解的總氣體收率為1.2％、積碳率為17.3％，產(chǎn)熱量為1，140.1kJ/kg-benzene。加入水蒸氣對(duì)苯進(jìn)行催化裂解(水蒸氣/碳摩爾比=8)，使總氣體收率增加到22.3％，積碳率減少到4.6％，但是產(chǎn)熱量也減少到749.5 kJ/kg-benzene。多孔白云石顆粒對(duì)苯裂解的催化作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天然白云石顆粒。
　　 5.在再生多孔白云石顆粒固定床中(接觸時(shí)間

6、7.5s、反應(yīng)溫度800℃、水蒸氣/碳摩爾比=0)對(duì)乙酸進(jìn)行裂解，得到總氣體收率92.5％、積碳率7.5％；在再生多孔白云石顆粒固定床(接觸時(shí)間15s、反應(yīng)溫度800℃、水蒸氣/碳摩爾比=0)中對(duì)苯進(jìn)行裂解，得到總氣體收率1.4％、積碳率16.4％。再生多孔白云石顆粒與新鮮多孔白云石顆粒對(duì)乙酸、苯的催化效果基本上一致，這表明多孔白云石顆粒具有良好的再生性。
　　 本研究所取得的成果為焦油催化裂解提供了一種新的途徑，同時(shí)為焦油裂解