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芳烃是一种重要的化工原料,主要是从化石燃料中获得。随着化石能源的日益枯竭,以及化石能源消耗过程伴有大量有毒有害物质的产生,严重污染环境,使得芳烃的生产压力越来越大。寻找新型绿色芳烃生产路径愈发重要。近几年来以木质纤维素作为原料催化热裂解制备芳烃,其原料绿色、可再生,成为一条新的芳烃生产路线。 本文对水稻秸秆催化热裂解制备芳烃进行了系统研究,内容主要包括催化剂制备、催化剂表征、催化剂改性、催化性能评价、反应条件优化以及添加油脂类化合物(硬脂酸、地沟油和微藻油)与水稻秸秆共转化提高芳烃产率。探究了催化剂结构性能对催化热裂解产物分布的影响。考察了共裂解对芳烃产率和主要产物选择性的影响。本文主要内容概括如下: 首先,以水稻秸秆为原料,HZSM-5为催化剂,对反应温度、催化剂原料比和HZSM-5的硅铝比进行了优化。得到的最优反应条件为反应温度为600℃、催化剂原料比为20∶1,SiO2/Al2O3为38,芳烃产率为23.0%。对硅铝比为38的HZSM-5,采用不同浓度(0.2-1.0mol/L)的NaOH溶液处理,并用0.1mol/L的盐酸酸洗,调控了HZSM-5中孔道结构和酸性分布,并探究了其作为催化剂对水稻催化热裂解的影响规律,结果得到当NaOH浓度为0.2mol/L时,芳烃产率最高,为27.4%。同时,酸洗的多级孔HZSM-5作为催化剂,随着碱浓度的升高芳烃产率呈现先增加后减少的趋势,而不酸洗的HZSM-5作为催化剂,不同浓度碱处理其芳烃产率变化不大。接着以0.2mol/L的NaOH处理,并用0.1mol/L的盐酸酸洗得到的多级孔HZSM-5为载体,分别负载Ni、Cu、Zn、Ga四种金属,负载量分别为0.1wt%、0.5wt%和1.0wt%。结果发现其中负载量为0.1wt%的Cu,芳烃产率最高,为29.2%。继续升高负载量,会降低其酸性,导致芳烃产率降低。 接着,采用水热法(乳液法和回流预晶化法)合成了一系列多级孔HZSM-5,并作为催化剂研究其对水稻秸秆催化热裂解的催化性能影响。乳液法合成多级孔HZSM-5,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,研究了CTAB的添加量对催化剂结构和催化性能的影响。当CTAB添加量为0.01时,催化剂结晶度最高,晶体最完整,催化剂酸性最强,同时水稻秸秆芳烃产率最高,为26.8%。回流预晶化法以不同烷基链的硅烷偶联剂作为模板剂,分别是甲基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷(HTS)和十八烷基三甲氧基硅烷(ODTMS),以及阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和两亲性硅烷偶联剂二甲基十六烷基[3-三甲氧基硅丙基]氯化铵(TPHAC)作为模板。其中ODTMS作为模板剂,水稻秸秆芳烃产率最高,为26.9%。HTS作为模板剂的芳烃产率明显高于CTAB和TPHAC作为模板剂的芳烃产率。 最后,为了进一步提高水稻秸秆芳烃产率,以硬脂酸、地沟油、微藻油作为氢源与水稻秸秆混合进行共裂解制备芳烃。结果显示芳烃产率均有显著提高,同时可以降低焦炭产率。以硬脂酸和水稻秸秆作为研究对象,研究了硬脂酸和水稻秸秆不同质量比对芳烃产率的影响,在质量比为1∶1时,芳烃产率最高,为40.2%。同时水稻秸秆和硬脂酸质量比为1∶1时,分别以AHZ-0.2、0.1Cu、CTAB0.01和ODTMS作为催化剂,芳烃产率均有很大提高,其中0.1Cu芳烃产率最高,为41.9%。硬脂酸、地沟油和微藻油单独催化热裂解得到的芳烃产率的顺序为地沟油<微藻油<硬脂酸,分别将地沟油和微藻油与水稻秸秆按照质量比为1∶1混合共裂解,芳烃产率均有显著提升。