废轮胎热解炭特性及其对废轮胎催化性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:phirst
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我国是废轮胎生产大国,废轮胎的产量逐年增长,废轮胎具有热稳定高、生物降解性差的特点,会导致占用土地,传播疾病,引发火灾等环境问题,严重危害着环境卫生和人类生命健康安全。因此这些固体废弃物急需处理与处置,而热解是处理废轮胎的一种有效手段。热解炭是废轮胎热解的主要产物,来源于轮胎生产过程中添加的商业炭黑和添加剂。热解炭由于其低廉的价格、多孔结构和弱碱性金属元素,成为了一种极具潜力的催化剂。本文以废轮胎为原料,探讨了热解温度对热解炭理化性质的影响,不同工况下热解炭对废轮胎热解的催化性能以及添加铁、镍、镍铁二元金属改性后的负载金属型催化剂的催化性能,结论如下:(1)废轮胎热解炭的芳香性随着热解温度的升高而逐渐升高、极性逐渐降低,含氧官能团逐渐减少,有助于提高热解炭的稳定性;热解炭的氮气吸脱附曲线成II型,表明热解炭是以中孔为主,大孔为辅的介孔材料,平均孔径为34.36 nm,有利于热解炭对废轮胎热解油大分子物质的吸附;热解炭的表面粗糙,为一些聚集成团的颗粒结构,且存在Al、Ca等能提供活性催化位点的弱碱性金属元素。表明热解炭可以作为大分子物质裂解的催化剂以及催化剂的载体。(2)热解炭的添加促进了废轮胎热解油向热解气的转化,在一定程度上可以降低能量消耗,同时热解气中CH4含量明显升高,CO2含量明显下降,导致热解气的热值也明显升高,在20 wt.%的添加量下达到最大值,为34.56 MJ/m3。在催化热解过程中,热解油分子被吸附在热解炭表面,在活性位点催化裂化成轻质可燃气。热解油中烯烃、多环芳烃以及含氧、含氮和含硫的杂原子化合物的含量减少,单环芳香烃的含量增加,热解炭改善了热解油的品质。废轮胎催化热解工艺过程,物料平衡误差为8.2%,通过能量平衡分析得理论最小外加热为10648.76 kJ/kg,能量产出为46278.90 kJ/kg废轮胎。(3)四种热解炭催化剂的催化性能为载镍热解炭>载镍铁热解炭>载铁热解炭>热解炭。载镍热解炭的催化性能最优,这是由于热解中间产物在金属镍的表面具有更高的活化能力,载铁热解炭的催化机制更倾向于共催化作用。负载金属型催化剂中热解炭的作用主要为金属催化剂提供载体,同时将热解中间产物吸附到热解炭中,为催化反应提供场所。虽然载镍热解炭的催化性能是最优的,但是考虑到经济因素,在热解炭中负载镍铁二元金属更为合适。
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