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随着人类社会的发展,化石能源危机和环境污染日益严重,开发和利用可再生能源势在必行。在可再生能源中,生物质是惟一的有机碳来源,可以通过催化热解的方法替代石油,制备烯烃和芳香烃等化工原料,近年来得到了社会的广泛关注。但是生物质含氢量较低,有效氢碳比较小,造成在其催化热解过程中催化剂极易失活,降低了目标产品的产率和选择性。为了解决这个问题,本文提出在生物质催化热解的同时添加高含氢的废塑料为其提供氢源的方法,在自行设计的连续加料流化床上进行生物质与废塑料共催化热解的试验研究,并获得了以下重要研究结果。 对生物质主要组分(纤维素和木质素)和废塑料共催化热解进行了试验研究。结果表明,随着聚乙烯的加入,纤维素和木质素催化热解的化学品产率都大幅增加,焦和焦炭的产率大幅降低。与木质素相比,纤维素较易热解,在温度为600℃,半失活FCC催化作用下,纤维素与聚乙烯共催化热解呈现较好的协同作用:随着原料中聚乙烯比例的增大,总化学品产率呈现非线性增长,在质量比为1∶2时,纤维素与聚乙烯共催化热解生成最多的芳香烃33.4%,与单独催化热解相比增加了2倍。 对生物质和废塑料共催化热解进行了试验研究,考察了反应温度,质量配比,塑料和催化剂种类等对产物产率和选择性的影响规律。结果表明,在反应温度为600℃,生物质与聚乙烯质量比为4∶1时,共催化热解效果最佳,芳香烃产率高达36%,其中苯的选择性高达43.1%,此结果优于生物质主要组分和废塑料的共催化热解。在不同催化剂的测试结果分析中,我们可以得到酸性微孔沸石类催化剂LOSA-1在生物质与废塑料共催化热解反应过程中表现突出。对比三种不同塑料和生物质共催化热解结果,聚苯乙烯具有最高的芳香烃产率(47%),聚乙烯则生成最多的烯烃(19.6%)。 回收利用生物质与废塑料共催化热解的不冷凝气体,并进行了不同组分(CO、CO2、乙烯、丙烯)对生物质催化热解影响的试验研究。结果表明,在CO气氛下,生物质催化热解芳香烃、烯烃和焦的产率均有所降低。而CO2的加入,促进了芳香烃和烯烃的产生,并降低了焦和焦炭的产率。在载气中加入乙烯和丙烯提高了原料的有效氢碳比,但乙烯相对稳定,在生物质催化热解反应条件下,芳香烃产率增长幅度不是很大。与乙烯相比,丙烯能量壁垒相对较低,易发狄尔斯-阿尔德反应生成环类芳香烃,并促进生物质催化热解向目标产物的生成,较大提高了产物中芳香烃的产率和选择性。