白云石和Ni-Al_2O_3焦油裂解催化剂的研究进展

煤和生物质经热解可部分转化为燃气和化学品,但该过程中产生的重质焦油利用价值低且危害设备系统安全。将热解焦油轻质化是提高燃料利用效率和气体产品质量的关键,其中催化裂解焦油是有效方法之一。本文综述了焦油催化裂解常用的两类催化剂—以白云石为载体催化剂和以γ-Al_2O_3为载体镍基催化剂的研究进展。镍基催化剂催化活性高,机械性能高,稳定性好,但制备成本相对较高,需再生使用;白云石催化剂价格相对较低,更适合非再生型的规模化生产。分析了白云石催化剂和镍基催化剂的焦油裂解原理,总结了两种催化剂的制备方法和助剂作用,对比了反应气氛、反应温度、停留时间等工艺条件对裂解反应的影响,展望了焦油裂解催化剂的研究前景。     

钙化合物在煤热解过程中的作用

煤热解联产焦炭、焦油和煤气,是煤化工的重要分支。为了提高焦油和煤气的品质及产率,国内外研究了多种催化剂对煤热解过程的影响,大量文献表明,含钙化合物可以催化焦油裂解、提高焦油品质和煤气中高附加值组分(如H2和CO)的产率。本文基于近30年来的文献数据,从钙化合物对煤热解产物的收率、组成以及性质的影响方面展开评述,分析了钙化合物对煤热解过程的作用机理、对S和N迁移的影响,最后提出了需要进一步解决的问题。     

气化松焦油碱性催化裂解动力学性能

为揭示气化焦油在催化剂作用下的热解特性,利用STA499F3同步热分析仪对松树皮气化过程中产生的焦油进行热分析实验,分别获得不同升温速率下松焦油在催化剂Na2CO3和CaO作用下裂解反应的热分析曲线.利用热分析动力学原理,建立松焦油催化裂解的动力学计算模型,采用Popescu法推断机理函数并求出活化能E和频率因子A等动力学参数.研究结果表明:气化松焦油催化裂解过程的反应机理为三维扩散,圆柱形对称;Na2CO3和CaO能对焦油热解过程起到很好的催化效果,且Na2CO3的催化性能略优于CaO的催化性能.     

烟煤分段热解焦油生成规律的研究

分段热解可以研究不同阶段煤结构中化学键断裂的信息,也可以提高热解焦油产率。为了进一步了解分段热解产物的分布规律,本实验选用石河子烟煤,利用固定床反应器,分别研究了在N2、H2以及催化加氢情况下,分段热解与一段热解对焦油产率、半焦产率及焦油族组分的影响,其中Ni/Al2O3、Pt/Al2O3两种催化剂采用浸渍法制备。通过分析不同温度分段焦油的组成,考察了N2,H2以及催化加氢对不同温度分段热解的影响,实验结果表明:随着温度的升高,焦油产率下降;N2气氛下,在Stage I、Stage II和Stage III焦油产率分别为4.3%、0.53%和0.39%;在加氢和Ni、Pt催化加氢时,焦油的产率大约分别是相应阶段N2气氛下的1.2、3和2倍,分段热解相比于直接热解可以明显提高焦油产率;加氢以及催化加氢在分段热解中,在Stage I对脂肪族品质的改善不是很明显,只在C13-C25具有轻微的提升作用,Stage II在C13-C15,Stage III在C11-C15则有明显的提升作用;对于非脂肪族在3个阶段分别在C11-C15、C9-C18、C9-C11明显增加。因此,分段热解、加氢以及催化加氢,对于焦油的产率和品质都有明显的提升作用。     

催化裂化条件对处理生物质热解焦油的影响

为了研究催化裂化条件对生物质热解焦油处理的影响,以秸秆热解产生的焦油为原料,在固定床反应器实验台上,研究了石灰石、白云石和高铝砖3种催化剂作用下,温度、催化剂尺寸、床高等反应条件对焦油裂化的影响规律。实验结果表明,石灰石对焦油裂化有较好的催化效果,它作用下的产气率高,而且它是天然矿石,加工成本低,煅烧后耐磨性比白云石好,很适合生物质热解工艺中作为焦油裂化的催化剂使用。实验结果还表明提高裂化温度、增加床高、减小床料粒径都能有效地促进焦油深度裂化。该文结果可为焦油催化裂化工程设计提供指导。     

催化裂化条件对处理生物质热解焦油的影响

为了研究催化裂化条件对生物质热解焦油处理的影响,以秸秆热解产生的焦油为原料,在固定床反应器实验台上,研究了石灰石、白云石和高铝砖3种催化剂作用下,温度、催化剂尺寸、床高等反应条件对焦油裂化的影响规律。实验结果表明,石灰石对焦油裂化有较好的催化效果,它作用下的产气率高,而且它是天然矿石,加工成本低,煅烧后耐磨性比白云石好,很适合生物质热解工艺中作为焦油裂化的催化剂使用。实验结果还表明提高裂化温度、增加床高、减小床料粒径都能有效地促进焦油深度裂化。该文结果可为焦油催化裂化工程设计提供指导。     

生物质焦油催化裂解过程中二次焦油成分

以秸秆热解产生的焦油为原料,在固定床反应器实验台上进行了催化裂解实验,研究了反应温度和催化剂种类对生物质焦油的裂解反应产物———二次焦油成分的影响规律。在高铝砖作为催化剂作用下,随着温度的升高,二次焦油构成有芳香化的趋势,多环芳烃的种类和含量都在增加。反应温度的提高有利于焦油的深度转化,二次焦油产率降低;但是高温下生成的二次焦油芳化程度更高,更容易引起催化剂积炭失活。当反应温度为900℃时,碱性催化剂白云石和石灰岩作用下二次焦油成分相似,以复杂的大分子环烃为主,而且焦油成分种类减少到10种左右;酸性催化剂高铝砖作用下焦油成分仍然很复杂,有将近30种,除了含有大分子环烃外,还含有部分石蜡烃,芳香族种类很多,多以双环、三环以及四环的形式存在。     

钼基催化剂对子长煤热解产品分布的影响

以陕北子长煤为原料,选用Mo基催化剂,讨论了催化剂用量、热解温度、停留时间对热解产物分布的影响,并利用热重对煤催化热解机理进行研究。实验表明,催化剂的加入可以实现煤的定向转化,当催化剂的加入量为4%、热解温度为640℃、停留时间为30 min时,焦油及焦油中轻质油收率最大;热重及热解特性指数P的研究表明,加入催化剂后热解的温度区间缩小,挥发分更容易析出,3种催化剂对煤热解的催化效果为Fe-MoCo-MoMoO_3。     

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。     

助燃催化剂对煤粉在高炉喷吹快速热解中的影响

选取KMnO4、Fe2O3、MnO2和CaO作为助燃催化剂,采用H2/Ar等离子体热解试验装置和快速升温热解红外连用试验装置来模拟煤粉在高炉喷吹条件下的快速热解过程,对混合煤粉的快速热解过程进行了研究,得到了助燃催化剂与煤的裂解程度(裂解气体收率)、裂解气体成分的关系,对助燃催化剂的催化裂解机理进行了讨论。     

助燃催化剂对煤粉在高炉喷吹快速热解中的影响

选取KMnO4、Fe2O3、MnO2和CaO作为助燃催化剂,采用H2/Ar等离子体热解试验装置和快速升温热解红外连用试验装置来模拟煤粉在高炉喷吹条件下的快速热解过程,对混合煤粉的快速热解过程进行了研究,得到了助燃催化剂与煤的裂解程度(裂解气体收率)、裂解气体成分的关系,对助燃催化剂的催化裂解机理进行了讨论。     

还原性气氛下可燃固体废弃物热解油高值利用途径

在管式炉内进行单组分热解制油试验,获得了各组分的热解油产率与组分数据。利用主成分分析法分析Na OH、HY-51、凹凸棒土(凹土)原土OA和纯化凹土(PA)对废轮胎热解油的影响,发现PA在催化废轮胎热解制取芳香烃等方面具有巨大潜力。对3种组分的混合热解制油试验结果表明,混合组分最佳产油率温度与单组分较一致,且3组分混合比例较平均时,混合热解相互影响较小。采用支持向量机方法,建立了热解油产率预测模型,达到了较好的预测效果。柱层析试验结果表明,二氯甲烷和丙酮对热解油中的烃类有较好的分离效率,达到37.63%,淋洗液具有潜在的用于化工原料或液体燃料的价值。催化酯化试验结果表明,固体超强酸La3+-SO42-/Ti O2能达到较好的催化效果,热解油中酯类从10.71%增加到24.94%,缩醛类含量增加,降低了热解油酸性、腐蚀性,提高了热解油品质。在PY-GC/MS试验台上进行废纸板催化热解机理研究,结果表明:HZSM-5具有催化低聚物裂解、增加烃类含量、降低醛类和酸类含量;HY-51能够降低醛类含量,增加烃类含量,但不能促进低聚物裂解、增加了酸类含量,且易结焦失活,虽催化活性高但用于废纸板催化热解还需改性;Re Y对废纸板热解产物的催化效果有限;PA则基本不具有催化废纸板热解产物改善的效果。利用HZSM-5负载各种活性金属离子对催化剂进行改性,结果表明:0.5wt%Ni-HZ大幅度提高了BTX的产量,具有催化大分子难裂解物质分解的效果;0.5wt%Ca-HZ能够催化LG通过C-O键断裂反应生成BTX,并脱除大量O元素;0.5wt%Al-HZ能够催化LG通过C-C键断裂反应生成呋喃类组分,但更容易引起结焦;增加活性组分负载量至2wt%均可能由于活性组分过量而导致堵塞HZ表面孔道,阻碍反应物的进入与溢出,降低催化剂的催化效果。在PY-GC/MS试验台上进行废轮胎催化热解机理研究,结果表明:HY-51与Re Y对废轮胎裂解产物具有相近的提质效果,二者能够有效催化产物中的脂肪烃向芳香烃的转化,但一些茚族、萘族、菲族等多环芳烃也有增加;HZSM-5对废轮胎裂解产物也具有较好的重整效果;PA对废轮胎裂解产物的品质提升效果不佳。在PY-GC/MS试验台上进行废PE催化热解机理研究,结果表明:HSZM-5、HY-51和Re Y三种分子筛对废PE的裂解行为影响相似,均降低了裂解产物中烯烃的含量,增加了烷烃和芳香烃的含量;PA对废PE的催化效果较温和,促进部分烯烃转化为烷烃。     

生物质粗油品加氢精制技术现状分析

以生物质能源作为化石能源的替代品将会在能源应用领域发挥重要作用,生物质热解所制备的生物粗油具有原料价格低廉、再生能力强、运输方便、热值较高等特点,经过转化后可作为液体燃料和并为化工行业提供原料。催化加氢、催化裂解、添加溶剂及乳化等是目前主要的生物油改性提质的有效手段。催化加氢和催化裂解工艺应用前景较好,但须提高油品的产率和稳定性、寻找适合的催化剂并降低工艺运行成本;乳化方法无需复杂化学操作但须降低成本并防止腐蚀发生;水蒸气重整生物油制氢须在机理研究方面进行深入探讨。将加氢提质工艺与其他方法如催化酯化、缩合、催化裂解等工艺进行系统集成,提高过程经济效益,将是生物油加氢精制技术发展的新方向。     

秸秆气化焦油在负载复合金属的HZSM-5分子筛上的催化裂解反应的研究

对生物质秸秆气化焦油的催化裂解进行了实验研究,用浸渍法在HZSM-5分子筛上负载复合金属制备催化剂,在不同的反应条件下进行实验,发现该催化剂能促进焦油转化为气体可燃成分,对降低焦油含量具有明显的效果.     

聚乙烯塑料二段法裂解的研究

研究了几种催化剂对聚乙烯及其废料的热解产物的催化改质作用,考察了热裂解温度对液体油品产率及其组分的影响,讨论了催化改质温度、催化剂对催化改质所得气体产率、汽油产率、汽油辛烷值、柴油产率及催化剂积碳的影响,比较了热裂解和催化改质产物中汽油成份的差别。使用PPA分子催化剂时,液体油品产率为82.3%,油品中汽油馏份为48.8%,汽油辛烷值为88.1。     

竹加工剩余物与聚丙烯共催化热裂解的研究

采用专用的工艺共裂解竹加工剩余物与聚合物废弃物,优化竹加工剩余物与聚丙烯共催化热裂解工艺。实验以转化率及转化组分为指标,对物料配比、反应温度、催化剂等因素进行对比实验;以气相色谱分析气体产物中各组分的分布。结果表明,在物料比为6∶4,温度为440℃时,使用分子筛催化剂,能促进反应程度,生物质与聚合物共热解具有协同作用,提高转化率,气体烃C3和C4占总气体烃的67.41%。     

镍基催化剂上焦油组分裂解反应研究

以甲苯为煤焦油模型化合物,研究了镍基催化剂对焦油组分催化裂解反应特性的影响.采用浸渍和分步浸渍的方法制备了Ni/Al2O3和Ni/MgO-Al2O3两个系列镍基催化剂,考察了催化剂组成(Ni含量、MgO含量)、反应条件(温度、空速、水蒸气含量)对焦油组分催化转化的影响.结果表明:Ni含量在0.2％左右时,Ni/Al2O3具有较高的催化活性,催化剂的活性随着Ni含量的继续增加而下降,作为助催化剂的MgO可以减少催化剂表面积炭.高温有利于H2和CO的生成,但不利于CH4的生成.水/甲苯比是影响焦油催化裂解的重要因素,较高水/甲苯比有利于H2的产生,而不利于CO和CH4的生成.     

铁基催化剂对生物质气化催化效果和机理的研究

为解决生物质气化中焦油产率过高，易造成设施堵塞和腐蚀的问题，在气化过程引入铁基催化剂以降低焦油产率。同时基于生物质气化中合成气组分变化及焦油裂解的作用分析了铁基催化剂的作用机理。结果表明：当加入铁基催化剂后，合成气中的氢气产率从20.32 mL/g (每克生物质)上升到114.72 mL/g;焦油中大分子多环芳烃被降解，铁催化了纤维素链端的降解反应，使纤维素分解成了糠醛、酮、呋喃等化合物。该研究证实了铁基催化剂的催化效果，揭示了催化机理，为铁基催化剂在气化中的应用提供理论依据。     

干馏松焦油在钙基催化剂作用下的裂解燃烧特性

为提高耐火材料组分的焦油催化裂解作用,对松焦油与不同钙基催化剂添加物试样进行燃烧条件下的热重实验,并对催化剂作用下焦油的组分、着火性、稳燃及燃尽性进行分析.研究结果表明:钙基催化剂不能改善干馏松焦油的着火性,但对焦油具有良好的催化重整作用,使得干馏松焦油的燃尽特性指数由46.85×10-4 min-1迅速下降到(20.73～24.12)×10-4 min-1;燃烧生成的CO2与CaO的作用有利于促进燃烧,CaCO3则促进了焦油中重质烃成分与轻质烃成分中碳元素的交换,使焦油组分更趋一致.     

催化裂解制取烯烃的催化剂研究概述

对催化裂解制取烯烃的催化剂发展概况进行了综合论述，分析了催化裂解反应的影响因素以及有关催化剂的研制情况，尽管催化裂解制取烯烃存在施工影响因素和难点，但与蒸汽热裂解相比较有三大优点：一是节能；二是降低油耗和提高烯烃产率，三是减少设备投资。