NPSC体系下Ti/HZSM-5在线催化裂解生物油的实验研究

采用离子交换法对HZSM-5进行了Ti负载改性,利用SEM(EDS)、XRD、BET和Py-IR对Ti/HZSM-5进行了表征;建立了低温等离子体协同催化(Non-thermal plasma synergistic catalysis,NPSC)体系,并在该体系下利用Ti/HZSM-5进行了在线催化裂解生物油的研究,分析了"三效"(包括低温等离子体、HZSM-5本身和改性成分)催化对生物油品质以及催化剂稳定性的影响。结果表明,精制生物油产率降低,但其理化特性得到明显提升,高位热值达37.02 MJ/kg;精制生物油中烃类含量和组成均得到明显提升和改善,低温等离子体技术的协同作用,有效增强了裂解脱氧性能,烃类质量分数达89.49%,且多环芳香烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)明显减少,但精制生物油仍属缺氢燃料;Ti改性成分与高能放电、HZSM-5之间存在多重交互作用,较强的裂解性能使Ti/HZSM-5结焦量有所增加,并出现两类焦炭"同构化"现象,较低的(nH/nC)eff使催化剂稳定性难以得到实质性提升。

GaHZSM-5上正戊烷芳构化反应芳烃选择性限度研究

研究了ＨＺＳＭ－５、ＧａＨＺＳＭ－５及Ｇａ－ＭＨＺＳＭ－５上正戊烷芳构化反应，并对限制芳烃选择性的因素进行了初步探讨。结果表明，裂解反应、氢转移反应或加氢反应副产相当数量的小分子烷烃ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６，是限制芳烃选择性的主要原因。添加改性物Ｇａ可以使芳烃选择性由ＨＺＳＭ－５上的３６．２％增加至ＧａＨＺＳＭ－５上的４４．７％。添加适当的第二改性物如Ｚｎ、Ｃｕ、Ｐ、Ｔｉ可进一步改善产物的芳烃选择性，最高可达４９．９％。综合反应产物分布和ＮＨ３－ＴＰＤ结果，认为引入第二改性物可适当调节催化剂的表面酸性质，以及脱氢能力，可以适当抑制氢转移反应和裂解反应，从而改善了催化剂的芳构化性能。

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。

基于PDEC的生物油在线提质工艺优化与机理研究

构建了等离子体前置放电增强催化的反应系统,依托该系统开展了 HZSM-5 在线提质生物油的研究,采用响应面法分析了反应温度、催化剂填装高度和放电功率等对精制生物油产率的影响规律;并在最佳工艺下引入 Ti/HZSM-5进行生物油提质,探讨催化反应机理。结果表明,各因素对产率影响显著,且相互之间存在交互作用;当反应温度为400 ℃,催化剂填装高度为 20 mm,放电功率为 30 W 时,精制生物油产率达到 18.1%,与预测值 18.5%较为接近。采用 Ti/HZSM-5 催化时裂解脱氧性能明显增强,产率下降至 16.0%,但烃类含量和组成得到明显提高和改善,多环芳香烃降至 6.33%,C14及以上的大分子烃类仅为 2.81%。前置放电为后续催化反应提供了物料基础,且活性物质的冲击既增强了催化剂活性,又改变了反应物的吸附行为,而 Ti 离子与活性物质的相互作用促进了碳正离子反应的进行,并在“烃池”机理的作用下,形成以单环芳香烃为主的产物。