油菜秸秆热解及催化热解特性研究

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1、分类号：TQ517学校代码：10697密级：公开学号：201531525硕士专业学位论文DissertationfortheProfessionalDegreeofMaster油菜秸秆热解及催化热解特性研究学科名称：化学工程专业学位类别：工程硕士作者：王潇指导老师:李爽副教授朱世东副教授西北大学学位评定委员会二○一八年StudyonthepyrolysisandcatalyticpyrolysisbehaviourofrapestrawAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialful

2、fillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinChemicalEngineeringByWangXiaoSupervisor:LiShuangAssociateProfessorZhuShidongAssociateProfessor2018摘要热解技术是将分布广泛、廉价易得的生物质资源高效转化为高品质、易储存焦油的热点技术。对生物质原料进行热解前预处理以及在热解反应中添加催化剂是提高生物质热解液体产率和改善生物油品质的两种重要方法。本文将油菜秸秆（RS）作为研究对象，利用固定床反应器

3、、TG-FTIR联用技术和GC-MS考察了温度、N2载气流率、不同酸和有机溶剂处理以及研制的氧化物和Fe/HZSM-5系列催化剂对RS热解产物组成及分布规律的影响，并用BET、XRD、NH3-TPD、SEM等手段对所研制催化剂的物理化学结构进行表征。采用固定床反应器探究了不同工艺条件（温度和载气流量）以及不同酸、有机溶剂预处理手段对RS热解产物分布的影响。结果发现温度越高，液体和气体产率增加，固体产率降低，500℃时的液体产率达到41.92%；N2流量为50mL/min时的低载气流量使逸出气体在加热温度停留时间较长发生二次裂解，液体

4、产率较低。通过对RS原料进行预处理，均能有效脱除AAEMs，提高热解液体产率，且其液体组分中脂肪烃、芳烃和糖类含量得到不同程度增加，酮类、酚类和含氮类化合物明显减少。采用TG-FTIR联用技术对热解气体监测，热重实验结果表明预处理后样品在终温时的残炭量减少，热失重曲线向高温区偏移，HCl+HF处理导致失重率大幅度降低，而有机溶剂处理提高了RS热解失重率；红外结果发现预处理技术使RS热解气的CO、CO2、CH4和H2O逸出量减少。选用不同分子筛作为催化剂，探讨分子筛物理化学结构对RS热解产物分布的影响。发现热解产物的产率有增有减，其中

5、较高硅铝比的H-Beta和ZSM-5更有利于热解液体的生成（39.61%）。研制了金属氧化物催化剂，考察其对RS热解产物分布和液体组成等特性的影响。结果发现金属氧化物催化剂提高了热解液体产率，其中TiO2表现出较好催化活性，液体产率高达40.60%。催化改质液体生物油中的脂肪烃和芳烃、呋喃类化合物含量提高，I醛类、酮类、酚类和糖类化合物降低。TG-FTIR结果表明，金属氧化物催化剂的添加抑制了大分子的分解，降低了热解失重率；TiO2有利于CO、H2O和CO2的生成，Al2O3的添加能促进CH4气体的逸出，ZrO2能降低H2O、CH4

6、和CO2的逸出。制备出的分子筛和氧化物的复合催化剂能提高热解液体产率，以0.01:1的质量比最优，可以增加热解液体产率达40.28%。探究了活性金属Fe的载量、溶剂类型、分子筛载体前处理、络合剂种类、络合剂与金属比例以及制备方法等系列催化剂制备工艺条件对RS热解产物分布影响。针对不同制备方法展开具体研究，结果表明：添加不同制备方法所得Fe/HZSM-5催化剂，样品的终温失重率和最大失重速率均有所降低，最大失重速率对应峰的位置略向低温区移动，液体产率提高2.73%-5.31%，其中用络合法制备的Fe/HZSM-5催化剂得到最高液体产率

7、可达41.00%。与HZSM-5相对比，Fe/HZSM-5系列催化剂使炭产率降低2.32%-12.8%，气体最高可增加6.42%。GC-MS结果表明，其能促进脂肪烃、呋喃、芳烃和含氮类的化合物生成，抑制了酮类、醛类、醇类、酚类和糖类化合物。关键词油菜秸秆，热解，预处理，催化剂IIAbstractThepyrolysisisahottechnologythatefficientlyconvertswidespreadandcheapbiomassresourcesintohighqualityandeasy-to-storebio-o

8、il.Thepretreatmentofbiomassfeedstockbeforepyrolysisandtheadditionofcatalystsinthepyrolysisreactionareimportantmethods