废机油/废食用油共裂化制备芳烃的试验研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhp2007
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随着工业科技的不断发展,能源使用不断精细化。利用传统石化原油生产燃料和化学品存在着资源浪费和环境污染等问题,已无法满足日益增长的工业化需要。生物质能源来源于太阳能,被视为清洁能源,其中,油脂具有良好的可再生性,使用HZSM-5沸石分子筛催化油脂裂化制备芳烃是一种很有前景的资源高效利用方法。废机油同样可以通过催化裂化实现其资源化应用。本论文进行了HZSM-5沸石分子筛催化废机油裂化制备芳烃以及废机油/废食用油共裂化制备芳烃的研究,主要开展废机油与废食用油共裂化的反应机理探究及其工艺条件优化,以达到增强协同作用,提高单环芳烃的选择性与产率的目的,研究内容及结果如下:(1)以HZSM-5沸石分子筛为催化剂,催化废机油裂化制备芳烃,主要考察反应温度、质量空速和催化剂硅铝比对液体产物产率、催化剂结焦率以及液体产物酸值、密度、粘度、馏分的影响,并分析反应机理。结果表明,最佳反应温度为450℃,最佳质量空速为0.4 h-1,催化剂的最佳硅铝比为25。在此条件下液体产物产率为53.43%,催化剂结焦率为3.62%。液体产物酸值为0.7mg(KOH)·g-1,密度为863.6 Kg·m-3,粘度为1.1 mm~2·s-1,馏分200℃以下的烃类物质质量百分比为79.56%。液体产物经GC-MS分析表明,芳烃的含量高达96.44%,其中苯的含量高达16.68%,甲苯的含量高达33.02%,二甲苯的含量高达20.29%,单环轻质芳烃的含量高达85.19%。从原料到产物的过程来看,反应遵循碳正离子反应机理,废机油发生了碳碳键的断裂、氢转移反应、芳构化反应,生成了芳烃。(2)以硅铝比为25的HZSM-5沸石分子筛为催化剂,催化废机油/废食用油共裂化制备芳烃,主要考察原料混合比、反应温度和质量空速对液体产物产率、产水率、催化剂结焦率以及液体产物酸值、密度、粘度、馏分的影响,并分析协同作用和反应机理。结果表明,废机油/废食用油的最佳混合比为7:3,最佳反应温度为425℃,最佳质量空速为0.4 h-1。在此条件下液体产物产率为47.47%,产水率为3.30%,催化剂结焦率为6.60%。液体产物的酸值为0.5 mg(KOH)·g-1,密度为855.6 Kg·m-3,粘度为1.0 mm~2·s-1,馏分200℃以下的烃类物质质量百分比为79.06%。液体产物经GC-MS分析表明,芳烃的含量高达95.97%,其中苯的含量高达9.36%,甲苯的含量高达22.55%,二甲苯的含量高达30.69%,单环轻质芳烃的含量高达87.86%。废机油和废食用油共裂化时存在显著的协同作用,能促进裂化反应进一步进行,提高单环芳烃的产率,降低结焦率。(3)以硅铝比为25的HZSM-5沸石分子筛为催化剂,以反应温度、质量空速和废食用油添加比作为试验因素,液体产物产率作为响应值指标,进行Box-Behnken正交组合试验,对试验结果进行方差分析和响应面分析,获得反应温度、质量空速、废食用油添加比与液体产物产率的二次回归方程。最后优化出最优的组合:反应温度450℃、质量空速0.46 h-1、废食用油添加比26%,此时的液体产物产率为54.01%。在该条件下进行3次重复试验,液体产物产率平均值为53.21%,与拟合值差距不大,说明拟合良好。通过对废机油/废食用油共裂化进行一系列试验,为废机油/废食用油共裂化体系创建初步的理论依据,为开发一项废机油与废食用油共回收处理的新技术构建理论基础,为废机油与废食用油的开发与应用提供一定的参考价值。
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