NiO/HZSM-5催化改性生物油模拟物研究

以HZSM-5为载体,通过浸渍法制备不同NiO负载量的NiO/HZSM-5催化剂并进行表征,发现负载量为8%的催化剂表面形貌相对平整,比表面积、酸位等特性较理想。通过生物油模拟物催化试验对催化剂性能进行评价,试验结果表明负载量和反应温度都对催化剂活性有明显影响。在反应温度为400℃时,负载量为8%的催化剂使模拟物中甲苯和愈创木酚具有较好的转化率,分别达到83%和88%;较HZSM-5催化的情况分别提高60%和70%。改性后生物油的热值也可增加约30%。负载物NiO的加入使催化剂表面强酸位降低约45%,同时提高了催化剂的稳定性和抗积碳能力,延长了催化剂使用寿命,其中8-ZSM-5催化剂在反应6 h后仍保持较高活性。     

低温等离子放电与催化剂结合方式对生物油提质的影响

为提高生物油的提质效率,在HZSM-5及Ti/HZSM-5催化的基础上引入低温等离子体技术,分析等离子体协同催化(PSC)和等离子体增强催化(PEC)等不同结合方式对精制生物油产率、理化特性、化学组成及催化剂稳定性的影响。结果表明,Ti改性和等离子体放电使精制生物油产率逐渐降低,Ti/HZSM-5(PEC)催化所得精制生物油产率较低,生物油质量分数为13. 84%,但烃类物质的分布得到明显改善;而Ti/HZSM-5(PSC)催化所得精制生物油中烃类总含量略低,但高氢碳比产物相对含量达68. 89%,理化特性较优,高位热值达到36. 52 MJ/kg; PSC方法等离子体对催化剂表面的冲击作用较强,使催化剂结焦量相对较低,Ti/HZSM-5(PSC)的结焦量较低,积分面积仅为5. 24%,催化稳定性较高。综合而言,基于Ti/HZSM-5的催化作用,PSC方法优于PEC方法。     

Fe、Co、Cu改性HZSM-5催化热解制备生物油试验

采用浸渍法对HZSM-5分别进行了Fe、Co、Cu改性;通过XRD、Py-IR和BET法对改性HZSM-5进行了表征;在两段式固定床反应器上进行了生物质热解气的在线提质试验;分析了改性HZSM-5的催化提质和抗结焦性能。结果表明,Fe、Co、Cu改性负载物分布较为均匀,没有团聚成大颗粒晶体,对HZSM-5的酸性分布产生了不同的影响,同时修饰了分子筛孔道,减小了分子筛孔容;经Fe、Co、Cu改性HZSM-5催化所得精制生物油的产率为18.37%~19.03%,O质量分数为15.13%~17.23%,p H值为5.05~5.12,运动黏度为5.16~5.22 mm2/s,高位热值为34.56~36.01 MJ/kg;精制生物油中含有多种官能团,有机物种类较多,烃类物质总含量有明显升高,尤其是PAHs的含量显著升高,芳构化性能显著增强,其中,经Fe/HZSM-5和Co/HZSM-5催化提质,生物油中MAHs含量相对较高;Fe/HZSM-5和Cu/HZSM-5抗无定型焦炭的性能较强,Co/HZSM-5抗石墨型焦炭的能力大幅增强。     

油菜秸秆真空热解蒸气在线催化提质研究

以HZSM-5分子筛为催化剂,在两段式反应器上对油菜秸秆真空热解产生的蒸气进行了在线催化提质研究。考察了催化温度、催化剂用量和HZSM-5硅铝比对产物产率的影响;并以油相产物产率为指标,采用响应面法对工艺参数进行了优化,并对在最优条件下制取的油相和水相产物进行了理化特性分析。研究结果表明,催化温度、催化剂用量和硅铝比对产物产率影响显著;获得最高油相产率的工艺参数为:催化温度为491.0℃、催化剂用量为33.2 g(生物质与催化剂质量比为0.301)、硅铝比为53,此时,油相产率达9.80%,与预测值9.90%较为接近;油相产物的H/C摩尔比、p H值和高位热值分别为1.518、5.15和33.80 MJ/kg,可用作动力机械燃料;水相产物(干基)的H/C摩尔比和高位热值分别为1.269和29.69 MJ/kg,同样具有较高的燃料品质。     

改性HZSM-5催化农林生物质热解制备生物油

采用离子交换法对HZSM-5分别进行了P、Zn、Ti元素浸渍改性,通过SEM-EDS方法对改性后的HZSM-5进行了结构表征,并进行了在线热解催化提质研究。结果表明,经P/HZSM-5、Zn/HZSM-5、Ti/HZSM-5催化热解后,对应的热解产物中气相产物产率依次增加,液相产物及生物油产率依次降低。经改性HZSM-5热解催化后,精制生物油中期望的烃类产物含量显著升高,其中P、Zn元素改性HZSM-5催化制备的生物油中多环芳香烃(PAHs)含量较高,Ti元素改性HZSM-5催化制备的生物油中单环芳香烃(MAHs)和脂肪烃(AHCs)含量相对较高。     

生物油模型物糠醛催化加氢试验研究

选取糠醛作为生物油催化提质的模型物,以Al2O3分子筛为催化剂载体,制备的活性物质分别为NiFe、Ni-Cu和Ni-Ce3种双金属催化剂,研究了活性组分负载量、反应温度和氢醛摩尔比对糠醛常压下催化加氢效果的影响。结果表明:当催化剂为7.5%Ni-7.5%Cu/Al2O3、反应温度为200℃、氢醛摩尔比为5.0时,能达到最佳效果,糠醛的转化率为69.95%,糠醇的选择性达到了96.26%。催化剂表征结果表明:活性物质在载体上分散效果较好,用后催化剂表面积炭主要为未降解的有机物或者其聚合物。     

二甲醚水蒸气重整制氢试验

将铜基催化剂CNZ-1和分子筛HZSM-5按一定比例,采用机械混合法制成二甲醚水蒸气重整催化剂,分别考察了水和二甲醚流量、反应温度、催化剂用量等对二甲醚水蒸气重整制氢的影响.结果表明:常压条件下,随着二甲醚流量增大,氢气的产量先变大再变小;在250～500℃的温度范围内,随着反应温度的升高,氢气的产率增大,二甲醚转化率最高可接近100%;CO体积分数随着反应温度的升高而减小;试验条件下,加大催化剂用量对氢气的产率影响不大,但可大幅度提高二甲醚的转化率.     

生物柴油的K2CO3负载水滑石催化制备工

采用浸渍法制备K2CO3负载水滑石生物柴油催化剂,确定制备条件为:K2CO3负载量20%、共混温度80℃、焙烧温度600℃、焙烧时间6h.用该催化剂催化菜籽油转酯化制备生物柴油,考察了反应时间、醇油比、催化剂用量及反应温度对反应转化率的影响,采用气相色谱测定了脂肪酸甲酯的转化率.通过单因素试验确定了菜籽油转酯化反应的条件为:反应温度60℃,醇油比12,反应时间60min,催化剂用量4%,转化率达96.9%.用X射线衍射分析和热重分析对催化剂结构进行表征,结果显示催化剂活性与其晶相有关.     

基于NTP的生物质热解气间接加氢提质试验研究

为提高生物质热解气的提质转化效率,以聚乙烯塑料热解气为间接加氢原料,利用低温等离子体(Non thermal plasma, NTP)协同Ru、Ti及Sn改性HZSM-5,间接加氢生物质热解气制备烃类燃料,探讨了金属改性对反应中活性自由基、有机相产率、理化特性与化学组成以及催化剂结焦率的影响。结果表明,在NTP条件下,Ru和Ti改性可以活化热解气,形成更多同尺度活性自由基,有利于混合热解气的有效整合,其中,Ti改性使有机相产率和高位热值分别达到58.73%和38.73MJ/kg;Ru、Ti和Sn改性使有机相中芳香烃相对含量显著升高,升幅分别为109.15%、208.55%和52.52%,Ru和Ti改性导致产物有效氢碳比降低;Ru、Ti和Sn改性催化剂的结焦率从12.88%分别降至9.44%、4.95%和10.91%,Ti改性催化剂具有较高的稳定性。研究表明,在NTP作用下,Ti改性HZSM-5对混合热解气具有较高的提质转化效率,且催化稳定性较高。     

La2Cu1-xFexO4催化去除柴油机NOx和PM排放台架试验

为采取后处理技术同时去除柴油机的NOx和PM排放,采用溶胶凝胶法制备了La2Cu1-xFexO4系列催化剂,运用XRD、NO-TPD及H2-TPR对样品进行表征,并对催化剂进行模拟活性评价,结果表明La2Cu0.7Fe0.3O4具有同时去除PM-NO的反应活性。将La2Cu0.7Fe0.3O4制备成催化器进行发动机稳态工况的台架试验,并采取后喷的燃油喷射方式,表明制备的催化剂在发动机高速高负荷工况时能去除NOx和氧化再生PM,当主喷与后喷间隔角为70°CA时后喷燃油能生成大量具有还原性的HC,提高了对NOx的转化率。     

微波促进非均相催化生物柴油制备的研究进展

从非均相酸和碱催化转酯化反应的角度，综述了微波促进生物柴油制备的国内外研究进展。在微波辅助下非均相催化过程具有反应速率快、节能、环境友好、产物分离简便的优点。非均相催化剂以固体酸或者固体碱催化剂为主，反应在10～30min内完成，转化率与传统加热方式相当或者更高，所采用的固体催化剂具有可重复利用性。     

三元催化转化器起燃特性的有限元模拟研究

利用CFD软件耦合三元催化转化器化学反应传热、传质模型对催化转化器冷启动起燃特性进行有限元模拟研究。通过对不同扩张管夹角、入口排气温度及催化剂担载模式的三元催化转化器分别进行模拟研究,利用模拟结果进行优化分析,提出了提高三元催化转化器冷启动净化效率的措施。     

Ni-Zn/玄武岩催化剂生物质催化气化实验

采用一步水热法原位合成工艺制备了Ni-Zn/玄武岩复合催化剂,对催化剂微观形貌和表面元素分布进行了表征。以松木颗粒为原料、水蒸气为气化剂,采用下吸式管式气化炉实验平台,研究了Ni-Zn/玄武岩复合材料在不同温度下高温蒸汽的催化气化效果,通过考察气体组分变化,探讨Ni-Zn/玄武岩复合催化剂催化性能随温度变化的规律,并与无催化剂和以白云石为催化剂的催化性能进行实验对比。实验结果表明:水热反应温度为130℃,反应时间为12 h时,Ni、Zn能很好地负载在玄武岩纤维表面;与不加催化剂和加入白云石催化剂相比,Ni-Zn/玄武岩复合催化剂气化温度在950℃时催化效率明显提升,氢气体积分数增加明显,分别由无催化剂时的58. 6%、加入白云石催化剂时的50. 02%升高至63. 28%。     

车用催化转化器的非稳态升温特性

采用计算流体力学（CFD）软件建立催化剂载体的传热，传质和化学反应的多维流动数学模型，并与整个催化转化器的流场耦合求解，研究了催化剂载体的非稳态升温特性以及扩张管结构对载体温度分布和升温特性的影响，模拟结果表明，建立的催化转化器非稳态模型能较好地反映载体的升温特性；增大扩张管锥角，载体流速分布更不均匀，但载体中心区域的高速高温气流可以改善催化剂的起燃特性。     

催化微燃烧室内氢气和氧气预混合燃烧特性

针对带催化的微燃烧室内部氢氧预混合燃烧过程,利用CFD计算软件建立模型进行数值模拟,在实验验证的基础上改变入口参数,分析了表面反应与气相反应的相互作用以及催化反应对火焰吹熄极限的影响。结果表明,表面反应对气相反应中间产物的消耗会使气相反应强度减弱;在催化剂表面附近的反应以表面反应为主,在远离催化剂表面的反应以气相反应为主。催化剂的添加能够极大地拓宽火焰吹熄极限,在当量比为1.0时,催化燃烧室和无催化燃烧室的吹熄极限分别为46、22 m/s。在当量比为1.0时,表面反应强度最高,此时燃烧室出口截面温度最高。     

微尺度催化燃烧表面反应对气相反应的影响

建立局部催化微通道内部燃烧过程的计算模型,采用氢氧气相反应动力学机理和表面反应机理进行了数值模拟,分析了不同流速、当量比和通道高度下表面反应对气相反应的影响。结果表明,入口流速越大,表面反应对催化段下游气相反应的促进作用越明显。表面反应热使上下壁面内侧产生的温差随流速的增大而增大;在当量比约为1时,表面反应明显促进气相反应,而在氧气大幅过量或者严重不足时,表面反应却明显抑制气相反应。在相同的质量流量下,减小通道高度对表面反应影响较小,对催化段附近空间反应的抑制作用增强,外壁面温度增加。     

大豆油酯交换法制备生物柴油的工艺研究

为提高生物柴油的转化率,以大豆油为原料,研究在KOH催化剂作用下与甲醇进行酯交换反应制备生物柴油的工艺,考察了反应温度、反应时间、催化剂用量、甲醇与菜籽油的摩尔比等操作条件对酯交换反应的影响。结果表明:反应最适宜工艺条件为:醇油摩尔比6:1、催化剂加入量为油脂质量的1.2%、反应温度60℃、反应时间60min,在此工艺条件下生物柴油最高转化率为96.87%。     

厌氧发酵残留物固体酸催化小桐子油酯化反应

优选一步法合成的紫茎泽兰厌氧发酵残留物固体酸为催化剂,考察其催化酸化小桐子油的酯化反应效果。着重考察醇油摩尔比、催化剂用量、反应时间和反应温度等因素的影响。试验结果表明,紫茎泽兰厌氧发酵残留物碳基固体酸可显著提高酯化反应效率,在醇油摩尔比为8∶1、催化剂用量为4%、反应温度为80 ℃和反应时间2 h的反应条件下,转化率可达76.32%。试验提供了紫茎泽兰综合利用的新方法,具有良好的应用前景。      

响应面法优化地沟油酯交换法制备生物柴油

以地沟油和甲醇为原料,固体碱催化剂的作用下,通过酯交换反应制得生物柴油(脂肪酸甲酯)。氢氧化钾为催化剂,利用响应面分析法中的Box-Behnken中心组合试验设计原理,对地沟油制备生物柴油的条件进行优化。通过多元回归对生物柴油转化率的分析得到计算转化率的二次拟合方程,并且进一步通过验证性试验证实了预测模型的正确性。确定制备生物柴油的最佳工艺条件:醇油摩尔比为11.08:1、催化剂用量为1.42%(相对油的质量)和反应时间为54.7min,由回归方程预测酯交换反应转化率值为91.02%,与试验值的误差约为0.4%。     

元宝枫油制取生物柴油的工艺优化

通过两步法制取元宝枫生物柴油.第一步采用浓H2SO4催化、甲醇预酯化对元宝枫油进行降酸、脱水处理,使其酸值降至小于1.第二步采用KOH催化、酯交换反应制取生物柴油.对两步法制取生物柴油的工艺条件进行了试验研究,并通过气相色谱分析了生物柴油的脂肪酸中酯组成及含量,同时对生物柴油的性能参数进行了检测.结果表明,第一步工艺条件为:醇油摩尔比6,催化剂质量分数0.6%,反应温度50℃,反应时间90 min;第二步最佳工艺条件为:醇油摩尔比6,催化剂质量分数0.9%,反应温度60℃,反应时间50 min,可使元宝枫油转化率达99%以上.气相色谱分析表明:元宝枫生物柴油中18～20碳脂肪酸甲酯质量分数为91.54%,其中油酸甲酯质量分数为37.03%,亚油酸甲酯质量分数为41.37%.