生物质与废轮胎共热解及催化对液体产物的影响

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生物质热解得到的热解油主要是含氧较高的一类有机物如苯酚、甲酚等含氧化合物和C10-C16的烃类及芳香烃类化合物。尽管含氧燃料可能成为未来机动车辆的绿色用油,但将生物质裂解过程产生的热解油直接作为燃料因含氧较高、热值较低、对发动机产生较强的腐蚀、点火延迟及存储不稳定等问题尚存一定的困难。另外,废轮胎热解所得热解油中的多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons—PAHs)较多,这也是燃料油中所限制的。这些问题的产生主要是由原料本身的元素组成造成的。即生物质含氢和氧的比例较高,废轮胎含碳比例较高,致使生物质和废轮胎它们各自单独热解得到的热解油难以符合现有燃料的要求。如果将生物质和废轮胎进行共热解,通过调节二者的比例,使原料C、H、O含量控制在适当比例,可望使产生的热解油C/H比的组成与石化燃料相当。基于上述认识,针对目前存在的问题,结合本课题组已经积累的研究基础,本课题从以下方面展开了研究:揭示催化裂解过程中生物质对废轮胎热解过程中二次反应的抑制程度,原料组成对催化热解过程的影响,并能从结构特点上找到多孔材料分子筛孔径与所得油的品质间存在的相互关系等问题,通过分析表征的手段以及从微观的角度去揭示废轮胎同生物质共热解的规律。通过对生物质与废轮胎共热解特性分析知,共热解有利于提高气体产率,降低固体和液体产率;催化剂的使用提高了气体产率,降低了液体产率,但二者的变化幅度与分子筛的孔径有关。经对共热解油GC-MS、GC及氧含量等手段分析表明,共热解对某些组分有协同作用,通过稻壳与废轮胎的共热解,主要组分柠檬精油含量出现比单独热解加权后的数值增大或减少的现象;热解油中氧含量也比单独热解加权值大。通过木屑与废轮胎的共热解,PAHs物质含量较加权值减少。从燃料油品角度考察共热解油各项指标、参数知,共热解有利于克服生物质单独热解油品热值低的弊端,在原料比例合适时,热值接近柴油热值,催化剂对热解油的热值有一定影响;同石化柴油相比,生物质与废轮胎共热解油的粘度、密度还存在偏高的问题。催化剂的存在,能显著降低热解油的粘度、密度,和HZSM-5、MCM-41相比,大孔的SBA-15更有利于粘度和比重的降低。但同石化柴油相比,粘度、密度仍偏高;稻壳与废轮胎单独热解油的分子量分布存在差异性,共热解有利于调节热解油的分子量分布向柴油、汽油分子量接近的方向发展,有利于改善热解油品质;热解油热重分析表明,生物质与废轮胎共热解催化得到的热解油同商业柴油比较,挥发性优于柴油,但仍存在低沸点馏分和高沸点馏分较高的问题,催化剂SBA-15和MCM-41相比较,SBA-15更有利于降低高沸点馏分,改善油品的品质;相比之下,MCM-41的催化裂解作用不太明显。综上所述,生物质与废轮胎共热解较单独热解对油品的改善起到了很大的作用,但是要完全达到柴油或汽油等燃料油的品质还存在一定的差距,尚需进一步探索。
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