油菜秸秆真空热解蒸气在线催化提质研究

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1、2014年12月农业机械学报第45卷第12期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．12．035*油菜秸秆真空热解蒸气在线催化提质研究樊永胜蔡忆昔李小华俞宁尹海云(江苏大学汽车与交通工程学院，镇江212013)摘要:以HZSM-5分子筛为催化剂，在两段式反应器上对油菜秸秆真空热解产生的蒸气进行了在线催化提质研究。考察了催化温度、催化剂用量和HZSM-5硅铝比对产物产率的影响;并以油相产物产率为指标，采用响应面法对工艺参数进行了优化，并对在最优条件下制取的油相和水相产物进行了理化特性分析。研究结果表明，催化温度、催化剂用量和硅铝比对产物产率影

2、响显著;获得最高油相产率的工艺参数为:催化温度为491.0℃、催化剂用量为33.2g(生物质与催化剂质量比为0.301)、硅铝比为53，此时，油相产率达9.80%，与预测值9.90%较为接近;油相产物的H/C摩尔比、pH值和高位热值分别为1.518、5.15和33.80MJ/kg，可用作动力机械燃料;水相产物(干基)的H/C摩尔比和高位热值分别为1.269和29.69MJ/kg，同样具有较高的燃料品质。关键词:油菜秸秆热解催化响应面法生物油中图分类号:TK6;TQ35文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)12-0234-07秆粉碎成细小颗粒试样，并在恒

3、温干燥箱中于引言105℃干燥2h后备用。油菜秸秆的工业和元素分真空热解技术因其具有较低的体系压力和较高析结果如表1所示。的内外压差，有利于热解产物的快速挥发，有利于液表1油菜秸秆的工业和元素分析［1－2］体产物收率的提高。由于热解过程并未达到热Tab．1Proximateandultimateanalysisofrapestraw力学平衡，生物油的理化性质并不稳定，此外，生物%油还具有高含水率、高含氧量和强腐蚀性等特工业分析元素分析［3－5］MAVFa点。催化裂解是将生物油蒸气在高温条件下通adadadadCHNSO过催化剂床层，其中的氧以H2O、CO和CO2的形式6

4、.123.6972.8417.3542.225.530.410.0751.77除去，设备和条件要求相对较低［6－8］。传统的催化注:M表示水分，A表示灰分，V表示挥发分，F表示固定碳，下标ad指分析基(空气干燥);上标a指差减法。裂解是将生物油快速加热蒸发进行催化提质，不但浪费能量，而且加热易导致生物油聚合结焦。国内1.1.2催化剂对生物质真空热解蒸气在线催化裂解的研究较少，选用不同硅铝比的HZSM-5分子筛作为真空热有关报道并没有深入分析工艺参数对产物产率的影解蒸气在线提质的催化剂，试验前将催化剂研磨筛响。本文以HZSM-5分子筛为催化剂，在两段式反分至粒径为0.2

5、5～0.42mm，并置于120℃下恒温干应器上对油菜秸秆真空热解产生的蒸气进行在线提燥2h，密封保存备用。试验所用不同硅铝比HZSM-质研究。5催化剂的理化性质如表2所示。由表2可见，随着HZSM-5硅铝比的升高，催化剂的孔容和孔径有1试验材料与方法所增大，比表面积、Brênsted酸量和Lewis酸量减小。1.1生物质原料和催化剂1.2试验系统及过程1.1.1生物质原料试验所采用的真空热解及在线催化提质系统如以油菜秸秆为试验原料，试验前利用装有孔径图1所示，该系统主要由热解反应器、催化反应器、为0.42mm筛子的粉碎机将自然风干后的油菜秸收稿日期:2013-12-1

6、6修回日期:2014-01-31*国家自然科学基金资助项目(51276085)、江苏省自然科学基金资助项目(BK2011488)、江苏省高校优势学科建设资助项目(苏政办发［2011］6号)、江苏省重点实验室开放课题资助项目(QK13005)和江苏省博士研究生科研创新资助项目(KYLX_1039)作者简介:樊永胜，博士生，主要从事动力机械新能源开发与利用研究，E-mail:yongsheng_fan@163．com通讯作者:蔡忆昔，教授，博士生导师，主要从事发动机工作过程和排放控制研究，E-mail:qc001@ujs．edu．cn第12期樊永胜等:油菜秸秆真空热解蒸气

7、在线催化提质研究235表2HZSM-5催化剂理化特性表征Tab．2PhysicochemicalcharacterizationofHZSM-5catalysts2－13－1－1－1催化剂比表面积/(m·g)孔容/(cm·g)孔径/()Brênsted酸量/(μmol·g)Lewis酸量/(μmol·g)HZSM-5(25)351.3420.1945.061154.239.1HZSM-5(50)342.1840.2015.111141.833.6HZSM-5(75)334.3900.2145.242123.526.2HZSM-5(100)322.1