论文部分内容阅读
生物质催化裂解技术制取的精制生物油，由于具有较高的能量密度和较好的储存、运输性能可作为化石燃料的替代能源，这对于缓解能源危机和环境压力具有重要的意义。但是，在催化提质过程，催化剂存在着结焦失活等现象，提质效果变差，会影响精制生物油的品质。本文利用HZSM-5分子筛作为催化剂，使用生物油在线提质法，即在生物质热解基础上使热解蒸气直接通过催化剂床层被催化转化，对生物油进行催化提质。对于催化提质过程中，HZSM-5催化剂的失活现象，本文提出将HZSM-5催化剂重复使用进行催化提质试验，在研究催化剂的失活过程的基础上，提出利用低温等离子体技术对失活催化剂进行再生研究，以期为催化剂的低温再生提供理论和试验基础。本文主要研究内容如下: (1)搭建生物油催化裂解系统，将HZSM-5催化剂重复使用，更换新鲜生物质原料，进行多次催化提质试验，并对每次试验后的催化剂和对应制备的精制油进行取样。对精制生物油的高位热值、含氧量、重质组分和pH值等理化性能进行测量，同时利用FT-IR和GC-MS技术对精制油的成分进行检测，结果表明:随着催化剂使用时间的延长，理化特性指数F值逐渐从5.59降至0.38，提质后精制油O1中的醇类、醛类、酸类、酮类等含氧有机物均有降低，酚类物质显著增加，增加至62.15％，但随着催化剂使用时间的延长，精制油O3中酸类、醛类、酮类等含氧有机物含量明显上升，提质不完全，精制油品质明显变差。 (2)对使用了40min、80min、120min和160min的催化剂分别进行取样，利用热重法分析催化剂上沉积焦炭含量，采用XRD和FT-IR法分析催化剂物相结构的变化，通过SEM和TEM方法直观表现催化剂形貌，最后利用NH3-TPD法分析催化剂的酸性变化。分析表明:催化提质过程中，催化剂上沉积的焦炭主要为纤维状焦炭和石墨状焦炭两种，且焦炭总量可达14％左右;在使用过程中催化剂晶粒的团聚现象加剧，催化剂结晶度下降至84.96％;催化剂的基本骨架结构没有发生改变，强酸明显减少。 (3)搭建失活催化剂再生试验系统，利用低温等离子体技术再生失活催化剂，在对低温等离子体发生器进行性能分析的基础上，先通过再生试验优化再生温度，然后对再生后催化剂进行多种方法的表征分析，以此来评价NTP技术的再生效果。结果表明:在放电电压为19kV、放电频率为8kHz时NTP发生器具有较好性能，且在250℃时再生效果较佳;再生后结晶度恢复至98.82％，催化剂骨架基本不变，催化剂强酸恢复明显。