生物质催化热解制备芳烃的实验研究

论文总字数：27916字

摘 要

为探究杉木粉催化热解制备芳香烃的优化反应条件，在查阅相关文献资料并了解国内外研究现状后，选用金属氧化物和介孔分子筛作为催化剂，在Py-GC/MS和流化床实验台上开展实验研究。在Py-GC/MS实验系统上开展了杉木粉催化热解实验，探究了两种金属氧化物与MCM-41分子筛催化剂的组合，发现金属氧化物的作用为降低了含氧化合物的产量，MCM-41的作用为选择性吸附催化以提高芳香烃的产量，确定最优组合为氧化钙和分子筛双催化剂。之后进行了变温度的实验，从600℃到800℃每隔50℃做一组，并确定在实验室条件下最优温度为700℃；同时为探究杉木粉热解在工业应用上的可能性，在处理量为0.24kg/h的流化床实验台上，用石英砂作为流化介质，开展快速热解实验，通过后接冷凝管的方式收集液体产物，并在500℃和600℃下探究了不同温度的产率，最终确定500℃为最优温度。

关键词：快速热解；催化剂；MCM-41；Py-GC/MS；流化床

ABSTRACT

In order to explore the optimal conditions for the preparation of aromatic hydrocarbons by catalytic pyrolysis of cedar wood, after consulting relevant literature and understanding the research status at home and abroad, the common experimental method of Py-GC/MS and fluidized bed experiment were determined. The catalytic pyrolysis experiment of cedar wood was carried out on Py-GC/MS experimental platform. The combination of two metal oxides and MCM-41 molecular sieve catalyst was explored. The role of metal oxides was determined to reduce the yield of oxygenates, the role of MCM-41 was determined to adsorb selectively to increase the yield of aromatic hydrocarbons, and the optimal combination was determined to be calcium oxide and molecular sieve double catalyst. After that, experiments at different temperatures were carried out, from 500 to 700℃ at intervals of 50 ℃. the optimal temperature was determined to be 700℃. At the same time, in order to evaluate the feasibly of industrial application of cedar wood pyrolysis, quartz sand was used as fluidization medium in a fluidized bed, and the reactants were pyrolyzed and collected by the following condenser tube. The yield of the products was calculated and the yields at different temperatures were explored. Finally, 500℃ was determined as the optimal temperature, and the throughput of the simulation device was 0.24 kg/h.

Key words: fast pyrolysis; catalyst; MCM-41; Py-GC/MS; fluidized bed

目 录

摘 要 0

ABSTRACT 1

第一章 绪论 1

1.1课题研究的背景及意义 1

1.1.1能源利用的问题与现状 1

1.1.2生物质及利用技术简介 2

1.2国内外研究现状 4

1.2.1国外研究现状 4

1.2.2国内研究现状 5

1.3本文研究的主要内容 10

第二章 实验装置与方法 11

2.1Py-GC/MS实验 11

2.1.1实验材料 11

2.1.2实验方法 13

2.2流化床快速热解实验 14

2.2.1实验材料 14

2.2.2实验方法 15

第三章 杉木催化热解实验结果分析 18

3.1Py-GC/MS实验部分 18

3.1.1金属氧化物的催化效果 19

3.1.2 MCM-41介孔分子筛的催化效果 25

3.1.3变温度工况下产物产量的分析 30

3.2流化床实验部分 31

第四章 总结与展望 32

致 谢 33

参考文献 34

第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.1.1能源利用的问题与现状

能源作为重要的物质基础，在人类社会初步形成时就充当重要的支柱角色助推着文明与科技的进步，优质能源的供应和先进能源技术的开发更是社会进步最重要的动力。自19世纪中叶起，在第二次工业革命中扮演重要角色的化石能源，百余年间一直在人类社会的发展中扮演核心作用。直至今日，化石能源依然是世界上大多数国家作为驱动国内主要动力的核心能源。但三大化石能源也是远古时代的生物质经过了无数年的演变，在复杂的地质过程中脱氧而形成的以碳氢化合物为主的复杂混合物，所以化石能源也属于不可再生能源，并且是不可再生能源中最主要的部分。以目前人类社会消耗能源的速度来看，几百年内化石能源将被用光。随着社会的进步、经济的不断发展以及人口的迅速增长，全球对于能源的需求量以及消费量都在急剧增长。而这种过度需求不仅带来了能源枯竭的危机，也为整个地球的生物圈带来了另一个问题——环境污染与破坏的问题。

化石能源首先在开采的过程中就不可避免的带来一些问题，例如，开采煤矿时，会导致土地资源破坏和生态环境恶化。受到现如今开采技术的限制，大多数煤矿的开采选择的是的是露天开采剥离排土。这种开采方式导致的地表沉陷、裂缝，都将破坏土地资源和植物资源，影响土地耕作和植被生长，进而引起地形地貌的变化，甚至引发水土流失和一些自然灾害。

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