Ni基催化剂的制备及其催化植物油脂制备烃类燃料的研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hahaohan
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随着全球经济的发展以及化石燃料的日益枯竭,液体燃料的供应形势日趋严峻,能源短缺已经成为制约世界各国经济发展的重要因素之一。寻求可再生的绿色资源以制备清洁环保的液体燃料迫在眉睫。植物油脂中S、N元素的含量很低,是一种来源广泛的可再生的绿色资源。以植物油脂为原料,通过催化加氢脱氧异构而制备清洁的烃类燃料,对于缓解人类对传统的化石燃料的过度依赖及减少碳排放具有重要的现实意义。   本文基于镍基催化剂,在浆态床反应器中,以棕榈酸甲酯加氢脱氧制备烃类燃料为模型反应,对五种不同催化剂的催化反应性能进行了筛选,并在优化的SAPO-11载体上进一步研究了Ni负载量、反应温度、反应时间及反应压力等因素的影响。接着考察了反应温度对棕榈油催化反应性能的影响,并在固定床反应器上考察了反应温度、Ni负载量对反应性能的影响,研究了催化反应随时间变化的规律并考察了催化剂的稳定性。之后,制备了一系列介孔SAPO-11分子筛载体,在获得较高异构化烷烃产物的同时,有效的抑制裂解反应的发生,并提高了催化剂的稳定性能;同时对反应温度、载体孔径大小以及酸性强弱及催化剂的稳定性等进行了研究。主要结论如下:   (1)Ni/SAPO-11催化剂表面由于具有弱酸及中强酸酸性位,在棕榈酸甲酯的HDO反应中显示了最好的催化活性,这归因于SAPO-11酸性中心与金属中心的协同效应。催化剂的酸性太强或者太弱所得结果均较差,Ni/SiO2酸性太弱则反应活性太低,而Ni/HY酸性太强则易导致大量裂解副产物产生。优化实验结果表明,当Ni的负载量为7wt.%,反应温度为220℃,压力为2MPa时,为该反应较优的操作条件,此时棕榈酸甲酯转化率达到99.7%,C9-C16烷烃的总选择性为92.7%。   (2)在固定床反应器中,棕榈油原料中的氧原子主要以CO和H2O的形式脱除。在给定的实验条件下,Ni的负载量为7wt.%,反应温度为360℃时为较优条件,此时,液相烷烃收率达到67.4%,异构化烷烃比例为61.46%。在1h-5h反应时间段内,催化剂存在一个活化期,活化期后催化剂失活较快,主要原因为Ni粒子的团聚及积碳反应的发生。   (3)在SAPO-11分子筛合成过程中,加入十四胺表面活性剂,可以有效的增加载体的表面积和孔容,从而可以提供更多的活性位。在一定范围内,增加载体的孔径,有利于催化反应性能的提高,在提高异构化烷烃产物的同时,也可以有效的抑制裂解反应的发生程度。提高载体的硅铝比,催化剂酸性增强,在给定的实验条件下,会导致裂解反应程度的增加。合成的介孔SAPO-11分子筛并制备的Ni/SAPO-11催化剂对棕榈油氢处理制备烷烃实验有明显的促进作用,优化条件下液相烷烃的收率达到79.3%,异构化烷烃的比例达到81.22%,与商用SAPO-11载体相比,该催化剂稳定性得到明显提高。
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