新型SAPO-34催化剂制备工艺优化及其对生物质热解产物分布调控的催化效能评价.pdf

当代化工研究 Modern Chemical Research116 工艺与设备 2020 ・ 05 新型SAP0-34催化剂制备工艺优化及其对生物质 热解产物分布调控的催化效能评价 *谭雨诺吴迪杞丹萍刘秋良 （西北民族大学化工学院甘肃730124） 摘耍能源是人类赖以生存的物质基础，环境是社会发展的前提条件.我国作为世界上能源消费大国之一，大量化石能源的消耗造成我 国能源储备日益匮乏，以及由于人们过度消费所导致的生态破坏和环境污染范围逐步扩大.能源短缺和环境污染已成为21世纪人类发展面 临餉两大难题，其造成丝各类问题也日益成为人们关注餉焦点.生物质能源作为一种分布广泛的自然资源，有着广阔的研究前景.低碳烯 桂作为石油化工需求最大，用途最广的基本原料，在化工行业扮演着举足轻重的角色.基于调控生物质热解产物分布，高效合成低碳烯怪 的目餉，本实验计划通过有机结合生物质催化热解技术和SAP0-34分子筛高效催化的优势，拟围绕①生物质催化热解制气过程的催化调控 机理；②生物质催化热解产物中生物质油的改性、精炼工艺；③SAP0-34分子筛催化剂的合成、表征及工艺优化；④以低碳烯痊餉选择性 和产率为技术指标来进行热解气催化制烯桂应用特性考察和工艺参数优化为关键科学问题，进行深入、系统餉研究，以期获得生物质资源 化、高效化利用的基础数据. 关键词生物质催化热解制气；SAP0-34分子筛；绿色化学 中图分类号TQ 文献标识码A The Pr epar at ion Pr ocess Opt imizat ion of t he New SAPO-34 Cat alyst and It s Cat alyt ic Per f or mance uat ion on t he Regulat ion of t he Dist r ibut ion of Biomass Pyr olysis Pr oduct s Ta n Yun uo , Wu Di, Qi Da n pin g , Liu Qiul ia n g Co l l e g e o f Ch e mic a l En g in e e r in g , No r t h w e st Un iv e r sit y f o r Na t io n a l it ie s, Ga n su, 730124 Abstracts Energy is the material basis of human existence, and environment is the precondition of social developmentAs one of the largest energy consumers in the world, Chinas energy reserves are increasingly depleted due to the consumption of a large number of ssil Juels, and the ecological damage and environmental pollution caused by excessive consumption are gradually expanding.Energy shortage and environmental pollution have become two major problems facing human development in the 21st century.As the basic raw materials with the largest demand and the most -widely used in petrochemical industry, low-carbon olefins play an important role in the chemical industry.Based on the purpose of regulating the distribution of biomass pyrolysis products and the efficient synthesis of low carbon olefins, this experiment plans to focus on the catalytic control mechanism of biomass catalytic pyrolysis gas production process by organically combining the advantages ofcatalytic pyrolysis technology of biomass and efficient catalysis of SAPO-34 molecular sieve; modification and refining of biomass oil in catalytic pyrolysis products of biomass ; D Synthesis, characterization and process optimization of SAPO-34 molecular sieve catalyst;④ the selectivity and yield of low carbon olefin as technical indicators to conduct pyrolysis gas catalytic olefin production application characteristics investigation and process parameters optimization as a key scientific problem, in-depth, systematic research, in order to obtain biomass resources, efficient utilization of the basic data. Key wordsi biomass catalytic pyrolysis gas production SAPO-34 molecular sieves green chemistry 1绪论 环境污染和能源危机已经成为当今社会面临的两大挑 战，受到了社会各界的广泛关注，而生物质能作为一种储量 巨大，环境友好的可再生资源切，在解决上述两个问题方面 有重要的应用价值。 ⑴生物质热解产物的选用 生物质在无氧或缺氧条件下热解，可生成生物质热解 气、生物质油切和生物质炭三种产物⑷。其中生物质炭广泛 应用于吸附剂、缓释肥料；生物质热解气可作为燃料气，但 在其后续利用中存在产量低、热值小、难分离等缺点，不 宜直接应用凶，而液体产物生物质油存在粘度大、分离成本 高、酸性强等缺陷，亦无法直接作为燃料油或其他工业化学 品。为解决生物质热解产物后续应用难题，有文献报道间可 通过生物质催化热解来调控热解产物分布7〕，以减少生物 油生成来增加热解气产量或提高其内可燃组分的含量，但催 化热解依旧存在气体产物储存难閃，应用面窄等缺点。 ⑵生物质制取烯蛭工艺 近年来，生物质作为原料制取烯桂有着广阔的研究前 景。目前，SAP0-34分子筛呦催化剂广泛用于该工艺研究中， 但由于传统制备工艺不环保且催化寿命短，催化剂改性及制 备工艺优化成为了研究的热点。然而，对于大规模工业应用来 说，需要高效便捷，环境友好的途径来合成具有更高效的催化 性能的SAP34分子筛催化剂从而推动生物质催化热解技术。 ⑶研究目的 基于调控生物质热解产物分布高效合成低碳烯坯的 目的，本课题组计划通过有机结合生物质催化热解技术和 SAP0-34分子筛高效催化的优势，拟围绕①生物质催化热解 制气过程的催化调控机理；②生物质催化热解产物中生物质 油的改性、精炼工艺；③SAP0-34分子筛催化剂的合成、表 征及工艺优化；④以低碳烯桂的选择性和产率为技术指标来 当代化工研究 Modem Chemical Remearch1172020 05 工艺与设备 进行热解气催化制烯桂应用特性考察和工艺参数优化为关 键科学问题，进行深入、系统的研究，以期获得生物质资源 化、高效化利用的基础数据。 ⑷实验创新点 ①以农林废弃物为原料利用热解技术进行资源化、高值 化转化，不仅能够解决生物质资源浪费的问题，而且还可以在 二氧化碳“零排放”的前提下实现生物质资源的转化利用。② 构建从热解产物调控到热解气合成转化的催化剂体系，设计 适当的流程工艺，巧妙的利用不同类型催化剂合理调控热解 产物分布和烯坯产率、选择性的提升，有机结合了生物质热 解气催化体系与SAPO-34催化剂催化体系优势，实现增加气 体产物产量和高效合成烯绘的目的。③对SAP0-34分子筛的 高效环保合成之路的探讨以及对有机模板剂的钻研及节制有 非常重要的意义。 2.实验部分 本课题小组调控生物质热解产物分布高效合成低碳烯桂 为目标，基于生物质催化热解技术和SAP0-34分子筛高效催 化的优势的协同应用，以期实现生物质深度催化热解所得热 解气为原料，再经SAP0-34分子筛催化将热解气转化为重要 的工业原料（低碳烯坯）o具体工艺分为两个部分。 ⑴SAP0-34分子鯛的制备 ①通过调节水热合成的温度、晶化时间、物料配比、模 板剂的选择及用量等，对SAP0-34分子筛的水热合成工艺进 行研究和优化。②通过对单独模板剂和复合模板剂的研究， 优化模板剂作用效果，降低污染和成本。 ⑵生物质催化热解工艺的优化 ①产物的分布调控过程。通过筛选不同种类的生物质热 解催化剂，基于使热解气收率比重最大的理念，制取符合要 求的催化剂；探索热解温度、催化剂用量、热解速率和原料 粒径等因素对催化热解过程的影响，得到优化后的催化热解 工艺参数。②“两步催化联动法”。经生物质催化热解后， 拟定将产物进行恒温处理，使产物以固化和汽化状态形式存在 并分离。汽化产物包含汽化的液体产物和热解气，热解气直接 通入分子筛加氢处理形成低碳烯桂；汽化的液体产物经精馆后 再通入分子筛加氢处理亦可得少量低碳烯坯（由文献可知经 催化热解产生的液体产物为炷类化合物），将剩余气体回流至 恒温翹中起保温作用。 ⑶主要技术路线 ①新型SAP0-34分子筛的制备模块 B. “两步催化联动法” ⑷探究结果 图1为SAPO-34催化剂SEM电镜图 从图中可以看出SAP0-34具有规则的立方体结构o 表1新旧SAPO-34分子筛制备工艺对比表 研究对象传统分子筛制备工艺新型分子筛制备工艺 催化效果（主要 针对模板剂） 合成的产品产率较低 有利于提高SAPO-34对转化产 物中低碳烯炷的选择性 制备工艺对废液的处理不环保 简单，降低污染，符合绿色 化学理念 催化成本 传统模板剂的造价 高，液体中仍残留有 效成分 母液循环法有效降低模板剂 的成本，两步变温合成法降 低能耗 从上表中可以看出新旧SAPO-34分子筛制备工艺的具体 分析。 【参考文献】 [1] Jin Pen,Li Baoxia.Experiments and kinetic analysis of the co-pyrolysis of cellulose and lignin[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2013,32 303-307. [2] Jinjing L,Xinhe B.Direct conversion of syngas in to hydrocarbons over a core - shell Cr-ZnfilS102QSAP0-34 cat alyst [J]. Chinese Journal of Catalysis, 2015 36 1131-1135. [3] Tushar P VZhang H YAimaro Set al. Renewable chemical commodity feedstocks from integrated catalytic processing of pyrolysis oils [J].Science, 2010, 3301222-1227. [4] Luo Z YWang S R,Guo X J. Selective pyrolysis of organosolv lignin over zeolites with product analysis by TG- FTIR[J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2012, 95 112-117. ⑸陈怡欣.生物质催化热解制备芳坯类产物的研究[D].安徽 中国科学技术大学,2010. [6] H P Yang,R Yan,H P Chen, et al,Characteristics of hemicellulose, cellulose and lignin pyrolysis. Fuel, 2007, 86 12/13 1781-178 8. [7] 刘意.调控费托合成产物分布高效合成低碳烯炷的研究[D]. 北京化工大学,2015. [8] Lede J. Cellulose pyrolysis kinetics An historical review on the existence and role of intermediate active cellulose[J]. Journal of Analytical and Applied Pyro lysis, 2012,94 17-32. [9] 王姗姗，窦倩，裴婷，张新庄，刘志玲.甲醇制烯姪催化剂 SAPO-34合成方法的研究进展[J].石油化工应用, 2019, 38 07 10-15. 【基金项目】 2019年度西北民族天学本科生科研创新项目XBMU-BYL19034 【作者简介】 谭雨诺 1997-,女，西北民族大学化工学院；研究方向 化学工程与工艺.