【摘要】：生物燃料相對于化石燃料最大的優(yōu)點(diǎn)是具有可再生性和零排放性,目前,植物油脂是獲得生物燃料的主要原料,動植物油脂通過熱裂解等熱化學(xué)手段可得到再生燃油,生產(chǎn)過程有可觀的氫氣富余。與此同時在市政固體垃圾、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有大量廢棄塑料,因其在自然界難以分解形成白色污染,已經(jīng)開展的廢棄塑料熱裂解研究表明供氫不足造成焦化,是液態(tài)產(chǎn)物得率低下的主要原因。本研究通過利用Zr203/A1203/Ti02多晶泡沫陶瓷催化劑催化廢棄植物油脂與聚乙烯共裂解制備高品質(zhì)可再生烴類燃料,通過GC-MS、FT-IR、GC等方法分析裂解得到的固體產(chǎn)物、液體產(chǎn)物和氣體產(chǎn)物,探討裂解溫度、時間、催化劑添加比例、物料比例等因素對液體產(chǎn)物得率和產(chǎn)物組分分布的影響,并推斷廢棄植物油脂與聚乙烯共裂解成烴類的化學(xué)機(jī)理,同時,對催化劑進(jìn)行了表征。通過Box-Behnken實(shí)驗(yàn)得到廢棄植物油脂與聚乙烯共裂解制備高品質(zhì)可再生烴類燃料最優(yōu)條件,從而指導(dǎo)廢棄油脂與聚乙烯共裂解制備高品質(zhì)可再生烴類燃料的研究,突破我國高品質(zhì)可再生烴類燃料研究的瓶頸問題。不同裂解條件對廢棄植物油脂與聚乙烯共裂解制備高品質(zhì)可再生烴類燃料影響如下:(1)隨著裂解溫度的升高,液體得率先增高然后出現(xiàn)下降的趨勢,裂解的最適溫度為430°C。裂解液體中直鏈烷烴含量高達(dá)74.47%,烯烴0.85%,芳烴含量為19.85%,含氧化合物幾乎未檢出。(2)最適裂解時間為40 min。隨著裂解時間的增加。裂解液體中直鏈烷烴含量不斷降低,從20 min的95.15%降低到60 min的59.49%,環(huán)烷烴、烯烴、芳烴都出現(xiàn)了增加的趨勢,含氧化合物的含量也有小幅的增加。(3)最適催化劑添加比例為15%。催化劑添加比例從0%增大到15%時,直鏈烷烴含量從64.93%增加到97.85%,大到20%時略微下降到92.04%。環(huán)烷烴含量不斷減少。催化劑添加比例10%以下芳烴含量變化不大,10%以上芳烴含量驟減。(4)廢棄油脂與聚乙烯比例為1:1時,液體產(chǎn)物中直鏈烷烴含量高達(dá)97.85%。(5)對Zr203/A1203/Ti02泡沫陶瓷催化劑進(jìn)行表征,具有Lewis酸位點(diǎn)和Bronsted酸位點(diǎn),通過環(huán)境掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)焙燒后的催化劑表面和內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)較多,且均為不規(guī)則結(jié)構(gòu),孔道壁有褶皺大大增加了催化表面積。對不同裂解體系的液體產(chǎn)物、氣體產(chǎn)物作比較,分析了共裂解系統(tǒng)中可能發(fā)生的反應(yīng)機(jī)理,氣體產(chǎn)物中出現(xiàn)了大量的H2、CH4氣體和一定含量的CO、C02氣體。研究結(jié)果表明,油脂中的甘油基可能作為主要的氫源,提供了共裂解體系所需要的氫。聚乙烯的裂解反應(yīng)機(jī)理為無規(guī)則斷裂的自由基反應(yīng),廢棄油脂的脫氧方式主要為酰氧鍵斷裂方式(即脫羰反應(yīng)),同時也伴隨有脫羧基反應(yīng)。對液體產(chǎn)物元素分析,并利用公式計(jì)算出裂解油熱值為41.2 MJ/kg,和0#柴油相似。對比裂解油和0#柴油組分分布發(fā)現(xiàn),裂解油中飽和烷烴含量遠(yuǎn)超出0#柴油。最后通過Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),得到回歸方程:Y%=65.14+2.51A+0.57B+0.2C+0.24AB-0.68AC-0.5BC-1.46A2-0.69B2-0.69C2;廢棄油脂與聚乙烯共裂解體系中影響液體收率因素主次順序?yàn)?裂解溫度裂解時間催化劑添加比例;響應(yīng)面優(yōu)化后最佳的裂解條件為:裂解溫度450 ℃,反應(yīng)時間45 min,催化劑添加比例15%。
【圖文】：

逡逑圖２．２中黑線、紅線、藍(lán)線分別是裂解液體、？固體殘?jiān)�、氣體得率曲線。逡逑液體得率在４８．３％－６３．１％之間，固體得率在２．３％－２８．４°／0之間，氣體得率在逡逑２３．３－３５．３％之間。從圖中可以看出，液體得率在４３０邋°Ｃ時最大，，相對含量為逡逑６３．１％。在低溫時，廢棄油脂與聚乙煉共裂解系統(tǒng)中，聚乙稀可能沒有充全反逡逑應(yīng)，因此液體得率受到了影響。而繼續(xù)升溫超過了最適反應(yīng)溫度后，部分液體逡逑產(chǎn)物會繼續(xù)裂解成短碳鏈的氣體，因此４６０°Ｃ下液體得率出現(xiàn)了小幅下降趨勢。逡逑從固體得率曲線可以看出隨著溫度的升高固體得率迅速下降，這是因?yàn)樵冢常矗板义?#176;Ｃ時部分聚乙烯沒有分解而隨著溫度升高混合物中聚乙烯達(dá)到其快速裂解的溫逡逑度值，聚乙烯迅速裂解，液體得率大幅提升，而固體殘?jiān)杆贉p少，４３０邋°Ｃ后逡逑固體殘?jiān)寐蕩缀醴�(wěn)定。氣體得率曲線表明隨著溫度升高

邐２５逡逑Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ邋ｔｉｍｅ，ｍｉｎ逡逑圖２．５廢棄油脂與聚乙烯共裂解液體產(chǎn)物的主要成分和相對含Ｍ邋（４００邋°Ｃ）逡逑Ｆｉｇ邋２．５邋Ｍａｉｎ邋ｐｒｏｄｕｃｔｓ邋ｆｏｒ
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ517

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2610370