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生物质作为唯一含碳可再生资源,其高效转化和高质化利用对解决能源、环境问题有重要意义。然而,生物质含氧量较高,直接热解产生较多含氧物质,不利于作为高附加值产品利用。在生物质中掺混塑料共热解是提高原料有效碳氢比、提升产物品质最简单的方法,但混合热解以及混合催化热解过程还不清楚,产物品质还有待提升。本研究从生物质、塑料混合热解出发,对生物质、塑料混合热解动力学特性及产物分布特性进行探究,并引入催化剂对混合热解-催化重整制富氢合成气以及碳材料进行探究。
首先,选取竹屑、聚丙烯分别作为生物质、塑料典型样品,借助热重分析仪研究了不同升温速率、塑料掺混比例时失重特性;通过popescu法确定混合热解机理函数,结合多种动力学方法(Friedman法、Starink法、Coal-Redfern法)计算混合热解动力学参数。升温速率对热解固体产物的影响较小,但会降低以温度为基准的最大失重速率;随着塑料掺混比例增加,混合热解终止温度降低,热解温度区间缩短。生物质、塑料间相互作用使生物质反应所需能量减少、塑料反应所需能量增加。
接着,在固定床反应器上进行竹屑和聚丙烯快速混合热解实验,考察热解温度、塑料掺混比例对气液产物组分分布的影响;并尝试在分子筛催化作用下,定向调控混合热解气组分。热解温度为400℃时反应尚未完全,热解温度升高促进热解挥发分裂解为小分子气体;而塑料掺混比例增加使产物中碳氢化合物增加、含氧组分减少。分子筛作用下,塑料掺混比例为0.6对应的液体产率达到最大,单环芳烃峰面积占比最大。生物质、塑料间的协同作用促进了碳氢化合物生成,抑制了含氧组分生成。
最后,在固定床台架上联用HZSM-5分子筛催化剂和Fe-Ni/Al2O3金属催化剂催化竹屑与聚丙烯混合热解重整,对混合热解工况进行优化,并对混合热解-催化重整产物特性进行分析。塑料掺混比例为0.6时,热解温度为500℃、分子筛与原料质量比为5:1是获得最佳氢气产率及沉积碳产率的最优工况。随着塑料掺混比例增加,氢气产率增加,沉积碳的石墨化程度和热稳定性增加,无定形碳与纤维碳产率比值下降。
首先,选取竹屑、聚丙烯分别作为生物质、塑料典型样品,借助热重分析仪研究了不同升温速率、塑料掺混比例时失重特性;通过popescu法确定混合热解机理函数,结合多种动力学方法(Friedman法、Starink法、Coal-Redfern法)计算混合热解动力学参数。升温速率对热解固体产物的影响较小,但会降低以温度为基准的最大失重速率;随着塑料掺混比例增加,混合热解终止温度降低,热解温度区间缩短。生物质、塑料间相互作用使生物质反应所需能量减少、塑料反应所需能量增加。
接着,在固定床反应器上进行竹屑和聚丙烯快速混合热解实验,考察热解温度、塑料掺混比例对气液产物组分分布的影响;并尝试在分子筛催化作用下,定向调控混合热解气组分。热解温度为400℃时反应尚未完全,热解温度升高促进热解挥发分裂解为小分子气体;而塑料掺混比例增加使产物中碳氢化合物增加、含氧组分减少。分子筛作用下,塑料掺混比例为0.6对应的液体产率达到最大,单环芳烃峰面积占比最大。生物质、塑料间的协同作用促进了碳氢化合物生成,抑制了含氧组分生成。
最后,在固定床台架上联用HZSM-5分子筛催化剂和Fe-Ni/Al2O3金属催化剂催化竹屑与聚丙烯混合热解重整,对混合热解工况进行优化,并对混合热解-催化重整产物特性进行分析。塑料掺混比例为0.6时,热解温度为500℃、分子筛与原料质量比为5:1是获得最佳氢气产率及沉积碳产率的最优工况。随着塑料掺混比例增加,氢气产率增加,沉积碳的石墨化程度和热稳定性增加,无定形碳与纤维碳产率比值下降。