【摘 要】
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我国是人口大国,每年食品行业产生大量废弃食用油,将其通过直接热解技术制备得到的生物油,虽然在某些性质上与商用燃油接近,但是存在成分复杂,氧含量高,性质不稳定,酸性强等缺点。此外,日常活动中对塑料需求的增加不可避免导致了废塑料的产生,通过热解将废塑料转化为能源已被证明具有生产高附加值产品的潜力。塑料热解过程分为三个阶段:熔融、热解挥发、最后形成焦炭。在熔融和热解挥发阶段,需要供热,熔融阶段所需热量与
【基金项目】
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国家自然基金项目(21766019); 中央引导地方科技发展专项资金《国家自然科学基金优青培育项目》(20202ZDB01012);
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我国是人口大国,每年食品行业产生大量废弃食用油,将其通过直接热解技术制备得到的生物油,虽然在某些性质上与商用燃油接近,但是存在成分复杂,氧含量高,性质不稳定,酸性强等缺点。此外,日常活动中对塑料需求的增加不可避免导致了废塑料的产生,通过热解将废塑料转化为能源已被证明具有生产高附加值产品的潜力。塑料热解过程分为三个阶段:熔融、热解挥发、最后形成焦炭。在熔融和热解挥发阶段,需要供热,熔融阶段所需热量与热解挥发阶段所需热量之比约为1:4,将熔融阶段与热解挥发阶段分离有助于减少能量输入。但是熔融塑料是一种非牛顿流体,具有高粘度和低热导率的特点,流动性差,升温困难。针对上述问题,本研究采用微波辅助共热解技术,在废弃食用油热解反应过程加入富氢原料为其转化提供氢源,并创新了以废弃食用油(WEO)为助熔剂,废弃食用油与熔融低密度聚乙烯(LDPE)共混延时进料工艺,强化WEO与熔融LDPE催化共热解产单环芳烃的协同作用。具体如下:(1)在不同催化剂对WEO与LDPE催化共热解制备单环芳烃的影响方面,研究了不同孔径的沸石催化剂(HZSM-5、SAPO-34、Hβ和HY)对热解产物组成的影响,并进一步探索了热解温度、催化温度,WEO/LDPE质量比、HZSM-5/原料质量比对液体产物分布规律的影响。结果表明,催化剂孔径对热解产物组成有重要影响。大孔分子筛催化剂(HY和Hβ)对于多环芳烃具有更高选择性,不利于单环芳烃的生成,而孔径较小的SAPO-34不利于热解蒸气催化重整,轻质芳烃含量最低。相较而言,中等孔径的HZSM-5有助于捕获更多的热解挥发物,并通过形状选择性将热解中间产物转化为单环芳烃,是最佳催化剂。在最佳热解条件下,热解油中单环芳烃的相对含量为69.65%,BTX(苯、甲苯、二甲苯)的相对含量为47.97%。(2)在WEO与熔融LDPE混合延时进料对催化共热解制备单环芳烃的影响方面,针对WEO与低密度聚乙烯热解特性差异较大、关键性协同物质的释放存在时间差的问题,采用延时进料方式对WEO与熔融LDPE进行催化共热解实验,重点考察了原料混合质量比对产物分布的影响规律。WEO与熔融LDPE共混延时进料有效促进了单环芳烃生成,抑制了多环芳烃的形成。熔融LDPE/WEO质量比为1:3时,单环芳烃含量高达82.69%,BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)的相对含量为65.96%。(3)在WEO与熔融LDPE混合延时进料耦合下吸式反应器对催化共热解制备单环芳烃的影响方面,对上行式反应和下吸式反应器进行了对比研究,重点考察了下吸式反应器中Si C质量对于液态产物和气态产物的影响,并在无催化条件下,进行了WEO、LDPE单独热解和WEO与LDPE共热解对比实验,对其液态产物进行了分析。根据产物的组成分析初步推测WEO与LDPE催化共热解机理。相比于上行式反应器,下吸式反应器延长了热解蒸气通过高温热解床层的时间,增强了二次裂解反应,促进小分子烯烃向轻质芳烃的转化,并且在一定程度上降低了催化剂结焦率,由3.73%降至3.22%。LDPE产生的氢自由基可与废弃食用产生的含氧自由基结相互作用并结合,抑制缩合反应,促进小分子烯烃的生成,小分子烯烃通过Diels-Alde反应、分子内环化反应以及烃池机制最终生成芳烃。
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