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随着化石燃料储量的减少和燃烧化石燃料导致的全球环境问题加剧,寻求一种可再生的石油代替品引起了全球性的关注。生物质具有可再生性、相对比较廉价、高效率转化和洁净等优点,对生物质进行开发利用具有极大的现实意义。利用生物质合成气一步法合成液化石油气(LPG),具有效率高、成本低、经济效益良好等优点,是对生物质进行利用最有前景的方法之一,具有十分重要的社会意义。
本文以提高生物质气一步法合成液化石油气转化率为目标,首先展开了对合成液化石油气催化剂的研究。研究主要包括以下三个方面:(1)研究HZSM-5和USY型分子筛对合成液化石油气的影响,筛选更适合合成液化石油气的脱水催化剂为HZSM-5型分子筛;(2)通过对HZSM-5型分子筛不同硅铝比,双功能催化剂中不同含量作出进一步研究,筛选出硅铝比为38的HZSM-5型分子筛效果最佳;(3)通过利用Mg0对HZSM-5型分子筛进行改性,得出含Mg00.25%~1%的HZSM-5型分子筛的效果最佳。实验中液化石油气合成装置在微型积分反应器上进行,催化剂的表征手段为NH3-TPD、XRD等。主要研究结果如下:
1.通过对脱水催化剂HZSM-5和超稳USY型分子筛的研究,表明HZSM-5型分子筛效果明显高于超稳USY型分子筛。合成液化石油气过程中,HZSM-5型分子筛最佳反应温度为325℃,而超稳USY型分子筛为340℃。同时也表明,HZSM-5型分子筛脱水性能和对C3、C4选择性能上都优于超稳USY型分子筛。
2.对HZSM-5在合成LPG催化剂中含量不同和Si/Al比值的研究。结果表明:甲醇合成催化剂与HZSM-5最佳质量配比为2:1;C0转化率随HZSM-5的Si/Al比值的降低而升高;HZSM-5酸性强弱为Cat25>Cat38>Cat50;C3+C4时空产率规律为Cat38>Cat25>Cat50。HZSM-5型分子筛在合成LPG过程中,硅铝比为38时最佳,其对C3+C4的选择性及时空产率达到最佳。
3.通过NH3-TPD测试得出,改性的HZSM-5随Mg0含量的增加,高温强酸B酸量减少,而低温峰几乎无变化。证明Mg0的加入,主要影响的是HZSM-5中的B酸。研究结果表明,含0.25~1%Mg0的HZSM-5作为脱水催化剂时,合成LPG的效果最佳,同时也表明适量的添加Mg0可以提高催化剂的稳定性,延长催化剂的使用寿命。