La/P/Ni改性分子筛催化裂解生物油模型化合物

为研究不同分子筛催化剂对生物油催化裂解特性的影响,该文采用稀土元素La、非金属元素P以及活泼金属元素Ni对ZSM-5分子筛催化剂进行改性,在连续式固定床反应器中对乙酸乙酯、二丙酮醇、糠醛和愈创木酚等生物油模型化合物进行催化裂解试验,进而对比HY、HZSM-5、ZSM-5催化剂以及改性后ZSM-5催化剂对模型化合物的催化裂解反应特性以及脱氧效果。试验结果表明:在反应温度为400℃、反应质量空速为4/h条件下,经La/P/Ni改性ZSM-5分子筛催化剂,模型化合物有机相收率提高,结焦率下降;HY分子筛所得有机相收率最低,结焦率最高。模型化合物各组分裂解难易程度由易到难为二丙酮醇乙酸乙酯糠醛愈创木酚;改性后ZSM-5分子筛使组分单一转化率和总转化率均出现下降;HZSM-5分子筛作用下,反应转化率达到最高。模型化合物催化裂解脱氧产物以芳香烃为主,经La改性ZSM-5分子筛作用后,其芳香烃选择性较ZSM-5略微上升;P和Ni改性后,芳烃选择性下降;HZSM-5对于芳香烃选择性最高,达7.36%;HY对于芳香烃选择性最低,仅为3.15%。通过液体产物组分分析进一步探讨模型化合物反应路径,从而为生物油的催化裂解提供一定的理论基础和科学依据。     

原料预处理对生物质热裂解动力学特性的影响

为探讨水洗和酸洗等预处理方法对生物质热裂解动力学特性的影响,以水稻秸秆为生物质原料,使用去离子水和质量分数分别为3%、7%和10%的盐酸、硫酸和磷酸溶液对水稻秸秆进行水洗和酸洗处理,采用热重分析法考察了水洗和酸洗,以及酸浓度对水稻秸秆热裂解特性及综合性指数的影响,并采用Thermo-kinetics软件进行多元非线性拟合得到了热裂解过程的动力学参数,推测了热裂解动力学模型。试验结果表明：水洗及酸洗可使水稻秸秆的热解主反应区热重和微分热重曲线向高温侧移动,最大失重速率和最大失重温度升高;盐酸和磷酸溶液浓度对水稻秸秆热裂解特性的影响较小,而硫酸浓度的影响显著,并随浓度升高而增大;酸洗有利于水稻秸秆中挥发分的析出,可以脱除秸秆内的部分钾盐,3种酸脱钾盐的作用依次为：盐酸>硫酸>磷酸;热裂解热性综合特性指数受水洗和酸洗影响显著,并随酸浓度升高而变化;两步连续反应模型可较好地描述水稻秸秆的热裂解过程;水稻秸秆经去离子水和磷酸洗涤后,热裂解倾向于发生符合Avrami/Erofeev的n维成核反应或晶核成长反应,经盐酸和硫酸洗涤后,则倾向于发生n阶反应。     

Mg2+作用下水稻秸秆热裂解特性及动力学模拟

为研究Mg2+对水稻秸秆热裂解特性及动力学的影响,分别将MgO、MgCl2、KCl、NaCl、MgCl2-KCl、MgCl2-NaCl、KCl-MgCl2-NaCl与水稻秸秆按0.3∶1的质量比进行干混,并分别在10、30和50℃/min的升温速率下进行了非等温热裂解试验。试验结果表明：NaCl和KCl作用下的水稻秸秆热裂解只存在一个质量损失峰,Mg2+盐作用下水稻秸秆热裂解均出现肩状峰;水稻秸秆在MgCl2作用下的热裂解残留量最低,为11%;二元和三元盐降低了挥发分的初始析出温度,对裂解促进作用明显;Mg2+盐作用下水稻秸秆热裂解特性综合指数均大于纯水稻秸秆的综合指数,混合盐增大效应更显著;模拟所得模型的第一步反应多属于符合Jander方程的三维扩散反应,第二步反应为n阶反应;3种熔盐体系对水稻秸秆热裂解的作用大小依次为：三元盐>二元盐>一元盐;两步反应模型能较好地描述熔盐作用下的水稻秸秆热裂解反应。该研究为熔盐热裂解生物质制生物油的研究提供了参考。     

熔融盐裂解木焦油的初步研究

以木焦油为原料,在自制的反应器上利用ZnCl2和KCl混合盐分别在300、350、400、450和500℃下,对木焦油进行裂解试验,利用GC-MS分析木焦油裂解前后组成的变化。结果表明:木焦油的主要成分为愈创木酚、4-乙基愈创木酚、4-甲基愈创木酚、间甲酚及二丙酮醇等。较高的熔融盐温度、较低的进料速率有利于木焦油的裂解,在裂解温度为500℃,进料速率为1 g/min时,二次裂解焦油的得率为16.47%。在高温熔融盐作用下,酸、酮、酯及菲都有较明显的减少,酚类的转化较少,并且还存在其它组分向酚类的转化。     

6-氯-2-硝基甲苯混合物的分离研究

通过精馏试验，摸索了分离6-氯-2-硝基甲苯混合物的过程参数。精馏柱采用Φ26mm的玻璃柱，内装高效不锈钢三角丝填料，填料高度为900mm,理论板数为27块。实验结果表明，通过双塔精馏，可获得纯度大于96%的6-氯-2-硝基甲苯目标产品。     

混合金属盐对水稻秸秆热裂解特性的影响

为研究金属盐对水稻秸秆热裂解特性的影响,在Li2CO3-Na2CO3-K2CO3(LNK碳酸盐)中分别添加氯化盐和硫酸盐与水稻秸秆干混,采用热重分析与傅里叶变换红外光谱联用技术(thermogravimetric analyzer coupled with Fourier transform infrared spectrometry,TG-FTIR)研究了水稻秸秆的热裂解过程,并使用Coats-Redfern法计算了热裂解过程的动力学参数。结果表明:在LNK碳酸盐作用下,热裂解的活化能降低。与添加硫酸盐相比,氯化盐作用下热裂解活化能更低,热裂解反应更易进行。与纯水稻秸秆热裂解相比,LNK碳酸盐能使CO、CH4、苯酚、甲苯、甲酸和水等的浓度明显下降,而CO2浓度显著上升。在LNK碳酸盐基础上,氯化盐和硫酸盐均能促进水稻秸秆热裂解产物的生成和逸出。当温度高于550℃时,碳酸盐能催化Boudouard反应,氯化盐和硫酸盐均能促进该反应的进行。其中,Ni Cl2和Co Cl2对该反应的影响尤其明显。研究为生物质资源的高值化利用提供了一定的理论参考。     

生物质在熔盐中的热裂解特性

为了研究生物质在熔盐中的热裂解特性,在自行设计的生物质热裂解反应器中,以熔盐热裂解生物质,考察了裂解温度、FeCl2含量和原料种类对生物质热裂解特性的影响,测定了生物油的物性参数,并用气相色谱-质谱（GC-MS）分析了生物油的主要组成。结果表明：在物质的量比为7︰6的ZnCl2和KCl混合熔盐中添加物质的量分数为5% FeCl2裂解生物质,温度对热裂解的影响显著,生物油得率随温度先升高后降低,存在最大值,以水稻秸秆为原料相对应的温度为525℃,最高生物油得率约为18%;添加FeCl2能提高生物油得率;以纤维素为原料裂解制得的生物油含水率小于以水稻秸秆为原料的生物油含水率;生物油含水率较高,其密度与水相近,黏度比水略大,灰分少,pH值为2.5～3.0;生物油成分复杂,含甲氧基类有机物较多,需改性后使用。该研究为熔盐热裂解生物质制取生物油提供了参考依据。