有机固体废物热解油熔盐热转化提质及其机理研究

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热解技术可以将有机固废转化为气、液、固三态产物,提供多样化的高值利用方式。高氧含量和组分复杂性限制了有机固废热解油的高值化利用,而且常规催化剂在进行热解油催化提质过程中会因积碳而失活。碱金属熔盐的良好流动性和传热传质性能,可以提高碱金属阳离子与反应物的有效接触面积,提高反应速率,同时碱金属阳离子具有催化作用,能够缓解积碳。近年来,熔盐被广泛应用于生物质和有机固废的热转化过程中,研究表明熔盐对于生物质和有机固废的热转化具有催化作用。然而,目前关于熔盐热处理技术的研究主要集中在熔盐直接热解有机固废或者生物质,熔盐与热解油组分之间的作用机理尚不明晰。基于此,本论文采用Li-Na-K三元碳酸盐体系,开展了有机固体废物热解油熔盐热转化提质机理研究,旨在探究熔盐对热解油主要组分热转化过程的影响规律。本论文得到的主要结论有以下几点:(1)模拟有机固废热解油熔盐热转化特性研究。熔盐抑制了热解油模型化合物分解产气,在850°C下气体产率降低了62.1%,提高了热解油模型化合物中甲苯、苯酚、糠醛的反应量,缓解热解油热转化过程的积碳现象。CO2气氛下热解油模型化合物熔盐重整结果表明,CO2可以缓解热解油热转化积碳过程,提高液体产物收率,将原料的物质和能量更多地保留在液相产物中。熔盐和CO2均能够提高热解油模型化合物热转化液体产物含水率,具有一定的脱氧提质作用。(2)典型含氧热解油组分苯酚-甲醇熔盐热转化提质机理研究。苯酚-甲醇混合物熔盐热转化的主要产物为苯甲醚和苯甲酚,碱金属阳离子的引入改变了苯酚电子云排布,促进了苯甲酚的生成,熔盐环境下苯甲酚的含量在分别增加了60.2%(650°C),55.4%(750°C)和48.8%(850°C)。CO2作为酸性气体占据了苯酚与甲醇反应生成苯甲醚的位点,造成苯甲醚减少,苯甲酚含量增加。(3)热解小分子气体对甲苯熔盐转化过程影响机理研究。探究了H2、CO和CH4等小分子气体对甲苯热转化行为的影响机理,发现H2可以提高无盐环境下甲苯分解产气率,CO和CH4则会降低无盐环境产气率。熔融碳酸盐中H2对产气的影响占主导地位,小分子气体对甲苯重整反应产气过程的影响优先级为H2>CH4>CO。本文通过实验探究了熔盐环境下有机固废热解油热转化特性,明确了熔盐对于热解油主要组分热转化反应的影响,研究发现熔盐具有缓解热解油热转化过程的积碳现象,提高液体产物收率。同时解析了熔盐环境下苯酚,甲苯等热解油典型组分的热转化行为,发现熔盐的引入和气氛的改变会影响苯酚、甲苯的热转化路径,为实现通过合理调整反应条件实现热解油热转化的调控提供理论依据。
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