焦油模型化合物与铁基氧载体的反应特性研究

本研究以生物质/煤的焦油模型化合物(TMCs)为研究对象,在两阶段固定床实验上探究了铁基氧载体(70%Fe_(2)O_(3)/30%Al_(2)O_(3))对TMCs的转化特性,考察了不同TMCs的反应性及其转化的影响因素。研究发现,TMCs与氧载体的反应活性为:苯酚>蒽>萘,且苯酚转化生成积炭的比例最多(64%),而萘转化生成积炭的比例最少(40%);氧载体与萘的反应程度相对较高,但容易导致氧载体的烧结。此外,积炭表征显示萘生成的积炭在三种TMCs中具有最高的稳定性。增加氧载体的用量和提高反应温度不仅有利于萘和蒽的进一步转化,而且能够增加气相产物中CO_(2)的分率。由于苯酚分子具有较高的反应活性及较强的裂解效果导致其转化率随氧载体用量和反应温度的增加变化较小,然而,较高的反应温度(1000℃)导致焦油发生严重的裂解现象并产生大量积炭。三次循环实验结果表明与萘反应的氧载体失活最为严重。

焦炭对焦油模型化合物的催化裂解实验研究

研究焦炭对焦油模型化合物的催化裂解。考察焦炭对甲苯、甲苯与萘、甲苯与苯酚的催化裂解率及析炭率。结果表明:焦炭对甲苯的催化裂解率与同温度下的热裂解率相当,分别为61.68%与59.02%,析炭率有所降低,由8.54%变为4.16%;对萘的催化裂解率也与同温度下的热裂解率相当,分别为57.95%与56.20%,析炭率也有所降低,由20.72%变为11.89%;而焦炭对苯酚的裂解率与同温度下热裂解率相比有明显增加,由38.25%增加到97.41%,析炭率同样有所降低,由10.96%变为7.03%;说明焦炭对焦油中的组分有选择催化裂解作用。对上述反应前后焦炭样的XRD分析,发现反应后析出的炭与作为催化剂的炭是同一晶型的炭,对末裂解冷凝液的GC-MS分析,发现焦油模型化合物通过裂解后有少部分向芳香化程度增加的方向进行转化。

微波作用下焦油模型化合物——甲苯裂解实验研究

针对不同的热载体C,Al2O3以及上述载体添加催化活性组份Ni时在微波加热与普通电炉加热的条件下对焦油模型化合物甲苯进行裂解实验研究,考察了不同加热方式、催化活性组份与不同热载体对甲苯裂解的影响。研究结果表明:采用微波加热与普通加热相比,对甲苯的裂解无明显影响,但对积C率有一定的抑制作用;当甲苯的进料浓度为4.86～5.80 g/Nm3,空时为0.124～0.125 s,对不同床料微波加热时裂解率为26.24%～55%,而对于普通加热时,在650℃下,与微波相同的床料下普通加热的裂解率为66.02%～100%;催化活性中心体Ni对其载体有明显催化选择性;甲苯在裂解的同时,有少部分甲苯向芳香族程度增加方向进行了转化。

Ni-Mg/RHA催化剂催化水蒸气焦油模型化合物重整反应研究

以甲苯为生物质焦油模型化合物,以生物质燃烧产物稻壳灰为载体,采用共浸渍法制备Ni-Mg/RHA催化剂,研究Ni-Mg/RHA催化剂对甲苯水蒸气催化重整的性能。在固定床反应装置中考察了Ni和Mg的负载量、反应温度和水/碳(水和碳的质量比,简称为水/碳或S/C)对甲苯转化率和气体产物组分的影响,采用XRD、BET、SEM等方法对反应前后催化剂进行表征分析。结果显示,稻壳灰(rice husk ash,RHA)作为单金属Ni基催化剂的载体具有一定的催化活性;负载MgO后,MgO改善了Ni/RHA催化剂中活性金属Ni的分散度,与NiO相互结合形成NiMgO固溶体活性中心,显著提升了Ni/RHA催化剂的催化活性和抗积炭能力,Mg负载为6%时性能最佳,甲苯转化率高达98.6%;3Ni-6Mg/RHA催化剂的最佳反应温度为700℃,S/C为3,具有良好催化稳定性。研究结果表明,在MgO存在的情况下,稻壳灰可作为镍基催化剂载体。

熔融盐用于焦油模型化合物甲苯热转化的研究

熔融盐具有良好的热化学稳定性、较大的导热系数及较低的熔点,是一种非常有前景的裂解反应介质和催化剂。采用三元碱金属碳酸盐(Li2CO3-Na2CO3-K2CO3)体系,探究熔融盐催化甲苯裂解及水蒸气重整的反应规律,并对其产物进行分析。结果表明:甲苯高温裂解产生了H2、CH4、部分液相多环芳烃和积碳,且随着反应温度升高,甲苯转化率提高;熔融盐促进了甲苯甲基上的C—H键断裂,增加了气体和多环芳烃的产量,与无熔融盐热裂解相比甲苯转化率明显提高;水蒸气的引入改变了甲苯的热转化路径及产气组成,增加了小分子气体H2、CO、CO2的产量,减少了PAHs的生成,且可使积碳量明显降低;在熔融盐条件下,甲苯与水蒸气反应积碳量较无熔融盐中显著降低,气体产量则明显增加。

生物质焦油模化物的热裂解ReaxFF模拟研究

实现热裂解过程中焦油的有效脱除是生物质热利用技术中亟待解决的问题。通过密度泛函理论研究生物质焦油3种典型模型化合物(甲苯、苯酚和萘)的分子结构性质,并基于ReaxFF反应力场对焦油模型化合物的热裂解过程进行分子动力学模拟研究,从分子层面对焦油热裂解的复杂反应过程进行深入研究。探索反应温度对热裂解特性的影响,详细研究甲苯、苯酚和萘的热裂解机理及中间自由基、气体产物的演化过程。结果表明:C—H键的Mayer键级小于C—C键,易于断裂,芳香环侧链结构中氢的Mulliken电荷数大,具有更强的活性;3种焦油模型化合物的热稳定性依次为:萘>苯酚>甲苯,其中苯酚具有高活性的含氧官能团,二次裂解易生成气体产物,而甲苯和萘二次裂解易生成稠环芳烃;甲苯、苯酚和萘的一级反应动力学热解表观活化能分别为314.03、362.39、396.74 kJ/mol。

焦炉荒煤气中焦油组分重整制氢的热力学分析

选择1-甲基萘作为焦炉荒煤气中焦油组分的模型化合物,采用HSC Chemical软件对其蒸汽重整反应进行了热力学分析.研究发现,温度和S/C比（Steam/Carbon摩尔比）的增加能够促使H2产量和浓度的增加,但是当温度或S/C比分别达到500℃,8∶1以上,H2产量、浓度均变化不大;反应压力的增加不利于重整反应的进行,致使H2产量降低,确定最佳的蒸汽重整反应压力为常压;当加入CaO作为CO2吸附剂时,发现重整反应进程被强化,H2产量、浓度均得到显著提升,当CaO/C比（CaO/Carbon摩尔比）为2∶1,S/C比为8∶1,温度在400-650℃时,H2产率和体积分数均能达到95%以上.

生物质焦油模化物蒸汽重整实验研究

生物质焦油是生物质热解和气化过程中不可避免的副产物,并且在生物质应用过程中存在有害的影响,因此对于生物质焦油转化的研究受到广泛的关注。本文在试制开发低流阻高强度的蒸汽重整整体式催化剂的基础上,以苯和甲苯作为焦油的模型化合物,在管式反应器上研究了该催化剂作用下,温度、蒸汽量对焦油催化转化以及裂解气体成分的影响;并实验研究了催化剂作用下温度和水碳摩尔比S/C对甲烷转化率的影响。实验发现,苯和甲苯的转化率都随温度的提高而升高。甲苯和苯在裂化温度900℃,S/C=2时整体式催化剂催化作用下转化率分别达到94.1%和77.1%;在600℃时实现了甲烷气体的高效转化;蒸汽量的增加有助于裂解气体成分的调整,同时也促进了消碳反应的进行。