CeO2对Ni-Cu/HZSM-5催化剂在生物油加氢脱氧催化性能改善研究

摘要

生物油作为最有希望代替传统化石能源的一种可再生能源，其成分复杂，化学性质不稳定，需要进一步改性提质才能有望成为高质量的液体燃料。目前，最有效的提质手段之一就是生物油的催化加氢，其中，催化剂的选取在生物油的催化加氢过程中起着关键性作用。
　　近年来，Ni基催化剂因其较高的活性、低廉的价格，在生物油的催化加氢脱氧过程中备受关注。改性后的 Ni-Cu基催化剂，催化活性有很大提升，但致使催化剂失活的积炭问题依然没有得到很好地改善。稀土氧化物（如CeO2、La2O3等）对镍基催化剂的活性，稳定性及抗积炭能力都有明显的改善作用。CeO2作为一种有效的氧化还原剂，可以实现 Ce4+和 Ce3+之间的转变，实现空位氧与氧之间的转换，最后表现出很好的储氧能力。同时晶格氧的释放有利于活性炭的转移，可以有效的消除积炭，起到很好的抗积炭作用。
　　本文选择 HZSM-5为 Ni-Cu基催化剂的载体，研究 CeO2的添加及含量对Ni-Cu/HZSM-5催化剂在生物油催化加氢脱氧过程中的影响。通过 TEM、XRD和H2-TPR表征分析，结果表明，CeO2助剂的加入影响着活性组分Ni的分散性、粒径大小及还原能力。在初始氢压为2MPa，T=270℃，n=650r/min的条件下，反应1h，实验结果显示，添加CeO2能够提高油相产率，并且随着CeO2添加量的增加，油相产率呈先增大后减少变化趋势，当CeO2添加量为15％时，油相产率最大（49.3%），油相中的H/C比也达到了最大值，氧含量最低（21.66%）。与此同时，通过TG、拉曼及XPS表征分析，CeO2的添加也可以降低积炭的石墨化程度，且随着CeO2负载量的提高，积炭量呈“V”型变化趋势，当CeO2负载量为15%时，积炭的石墨化程度最低。
　　另外，又对 Ni-Cu/15%CeO2-HZSM-5催化剂进行了工艺条件的考察。主要考察了不同反应温度（250℃-330℃）及不同反应时间（1h-7h）对催化剂的活性及积炭类型的影响。结果表明，反应温度是影响油相产率及积炭类型的重要因素之一。随着反应温度的逐渐增加，油相产率逐渐降低，但油相品质（含水量，含氧量，热值）提高；积炭量逐渐增加，逐渐趋于石墨碳。从能量效率考虑，本文认为270℃时为最佳反应温度。此外，在270℃反应温度下，积炭量随反应时间的增加，呈先增大后减小再增大的趋势。这可能是因为生物油的催化加氢脱氧是一个可逆的反应过程，反应物浓度会随着反应时间逐渐降低，使反应向逆向反应进行，从而使积炭减少。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 生物质能源转化利用方式

1.3 快速热解生物油的制备

1.4 生物油的提质工艺

1.5生物油催化加氢脱氧工艺研究现状

1.6 本文研究的目的与意义

1.7 本文研究的流程图

2 实验部分

2.1 实验材料：

2.2 实验装置及过程：

2.3 分析方法：

3 催化剂的制备与评价

3.1 催化剂的制备

3.2 催化剂的评价表征

3.3 小结

4. CeO2的添加对催化剂加氢脱氧的性能改进研究

4.1 CeO2的添加对催化剂活性的影响

4.2 CeO2的添加对催化剂抗积炭能力的影响

4.3 小结

5.反应条件对催化剂活性的影响研究

5.1反应温度对催化剂性能的影响

5.2 反应时间对催化剂性能的影响

5.3 小结

6. 结论及展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

个人简历及在学期间发表论文与成果

致谢