基于Py-GC/MS的生物质和废塑料共催化热解研究

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近年来,生物质作为唯一含碳的可再生能源经催化快速热解技术转化提质后可获得烯烃、烷烃、芳烃等化石加工燃料,而受到大家的普遍关注。但是,生物质含有的有效氢少,经催化热解获得的热解油中含氧有机物的选择性较高、烃类有机物的选择性较低。为降低催化热解油中的含氧量、提高烃类化合物的选择性,进一步改善催化热解油的油品,本文将生物质与富氢的废塑料混合,在热裂解与气质联用仪(Py-GC/MS)上完成共热解和共催化热解实验,并对共热解和共催化热解液相产物组分和选择性进行分析。在不同温度下(450-650℃)分别对木屑、LDPE进行了快速热解实验,结果表明:550℃时木屑热解液相组分中烃类化合物的选择性较高,羰基、呋喃类等含氧有机物的选择性较低;LDPE随热解温度的升高,热解产物中重质大分子烃的选择性不断降低、轻质小分子烃的选择性不断增大,并在700℃时得到71.9%的(C5-C11)烃类化合物。将木屑与LDPE按照不同质量比混合后进行共热解实验,结果表明:LDPE的添加对木屑的热解起到不同程度的促进作用,LDPE的量越多促进作用越明显。以HZSM-5和Na2CO3/γ-Al2O3为催化剂,分别对木屑、LDPE、及其混合组分进行催化热解实验,考察了反应温度、H/Ceff对催化热解液相产物组分分布和各组分选择性的影响。共催化热解结果表明:HZSM-5表现出较强的脱羰、脱羧作用和对芳烃较强的选择性。在共催化热解温度为600℃时,烃类化合物的选择性随H/Ceff的增大而增大,并在H/Ceff=0.99时得到74.0%的(C5-C11)轻质小分子烃,此时,重质较大分子烃的选择性达到最小值。在650℃时,烃类化合物的选择性达到89.4%,其中,包含17.2%的苯、甲苯、二甲苯、乙苯等化工原料。Na2CO3/γ-Al2O3表现出较强的脱羧、断键作用和对烯烃、烷烃较强的选择性。在Na2CO3/γ-Al2O3催化下,共热解液相产物的分布、选择性进一步得到改善和提高,其中,烃类化合物的选择性随热解温度的升高而不断增大,650℃时烃类化合物的选择性达到91.6%,与同等条件下,木屑和LDPE共热解相比,烃类化合物的选择性提高了14.9%。H/Ceff为1.33时总烃选择性为91.6%,其中烯烃选择性为70.3%、烷烃选择性为14.0%、芳烃选择性为7.3%。两种催化剂对木屑与LDPE的共热解过程表现出不同的积极促进作用,使得热解液相产物各组分的分布和选择性更理想、规律性更加明显。其中,强酸性的HZSM-5对芳烃化合物的选择性较高,弱酸性的复合催化剂Na2CO3/γ-Al2O3对烯烃和烷烃的选择性较高。
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