CN114133950A - 基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法，采用浸渍法制备得到的金属改性HZSM‑5催化剂与核桃壳混合后通过微型热裂解装置进行裂解，实现基于核桃壳的芳烃类化合物产量的增加；本发明通过浸渍法制备金属改性HZSM‑5催化剂，解决了核桃壳催化热裂解制备生物油过程中含氧化合物比例过高的问题，并定量测得生物油中芳香烃的含量，提高了生物油中芳烃化合物的含量。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种生物质催化剂领域的技术，具体是一种基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法。
背景技术
生物质催化快速热裂解是生物质在快速热解条件下加入催化剂的热降解，最终生成生物油、炭和可燃气体的过程。热裂解技术可将核桃壳转化为高能量密度、易于储存运输和使用的液体燃料。但是目前得到的生物油含氧量高，粘度大，腐蚀性强，不能直接作为用发动机的燃料来使用。
发明内容
本发明针对现有技术再生后催化剂活性低，生物油中芳香烃含量低的问题，提出一种基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法，通过浸渍法制备金属改性HZSM-5催化剂，解决了核桃壳催化热裂解制备生物油过程中含氧化合物比例过高的问题，提高了生物油中芳烃化合物的含量。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法，采用浸渍法制备得到的金属催化剂与核桃壳混合后通过微型热裂解装置进行裂解，实现基于核桃壳的芳烃类化合物产量的增加。
所述的金属改性HZSM-5催化剂，包括但不限于5Zn-HZSM-5、1Fe4Zn-HZSM-5、2Fe3Zn-HZSM-5、3Fe2Zn-HZSM-5、4Fe1Zn-HZSM-5、5Fe-HZSM-5等不同Fe和/或Zn负载比例的金属改性HZSM-5催化剂，其中：1Fe4Zn-HZSM-5表示在HZSM-5上负载1wt.％Fe和4wt.％Zn。
所述的浸渍法是指：将HZSM-5分子筛缓慢加入不同比例的铁和锌的硝酸盐溶液中，在60℃下保持搅拌直至形成糊状后，干燥并煅烧得到Fe和/或Zn金属改性HZSM-5催化剂。
所述的不同比例的铁和锌的硝酸盐溶液中铁元素和锌元素的质量比例均为0-5wt.％，且质量比例相加的金属元素之和与HZSM-5质量之比为5wt.％。
所述的不同比例的铁和锌的硝酸盐溶液是指：按质量比称取Zn(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O，然后将Zn(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O配制成饱和溶液。
所述的HZSM-5分子筛，优选采用硅铝比为26的HZSM-5。
所述的干燥，优选温度为100℃，干燥时间为8小时。
所述的煅烧，优选温度为550℃，煅烧时间为6小时。
所述的Fe和/或Zn金属改性HZSM-5催化剂，优选经过研磨成粉末并筛分至粒径为小于等于420μm。
所述的核桃壳与金属改性HZSM-5催化剂按照质量比为1:2进行混合。
所述的核桃壳粉末，优选经过粉碎并筛分至粒径为小于等于187.6μm。
所述的微型热裂解装置升温极为迅速，微型反应器，便于实验过程的定量。
所述的催化热裂解反应，优选反应温度为500℃。
技术效果
本发明专利对热裂解产物进行了定量分析，从而确定的工艺条件对生物质催化热裂解技术的发展具有较大的理论及实践意义。
附图说明
图1为实施例中不同Fe和Zn负载量下液体产物组成成分分布示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例涉及一种Fe和/或Zn金属改性HZSM-5催化剂实现核桃壳热裂解生物油提质的方法，包括如下步骤：
第一步，选用硅铝比为26的HZSM-5催化剂为母体催化剂。
第二步，以4Fe1Zn/HZSM-5为例。Fe和Zn元素的质量与HZSM-5分子筛的质量比分别为4％和1％。首先按照质量比例称取HZSM-5分子筛、Zn(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O，然后将Zn(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O配制成饱和溶液。将HZSM-5分子筛缓慢加入Fe和Zn的硝酸盐溶液中，在60℃下保持搅拌约4小时形成糊状后，将其在100℃下干燥时间为8小时。然后，放入马弗炉中在550℃下煅烧6小时。取出后研磨成粉末并筛分为粒径为小于等于420μm，最终制得Fe和/或Zn金属改性HZSM-5催化剂。
第三步，分别称取600μg Fe和/或Zn金属改性HZSM-5催化剂和300μg的核桃壳粉末放置于快速热裂解反应器中，设置固定床反应器温度为500℃。
第四步，待热裂解反应结束后，热裂解蒸汽直接进入到GC/MS中。利用GC/MS对生物油成分进行分析，GC/MS的测试条件为：初始柱温60℃，测定柱温300℃，进样温度280℃，进样量为1μL，使用氦气作为载气，纯度99.999％。最终测得生物油中芳香烃的含量为103.40mg/g。
实施例2
本实施例涉及一种Fe和/或Zn金属改性HZSM-5催化剂实现核桃壳热裂解生物油提质的方法，包括如下步骤：
第一步，选用硅铝比为26的HZSM-5催化剂为母体催化剂。
第二步，以3Fe2Zn/HZSM-5为例。Fe和Zn元素的质量与HZSM-5分子筛的质量比分别为3％和2％。首先按照质量比例称取HZSM-5分子筛、Zn(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O，然后将Zn(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O配制成饱和溶液。将HZSM-5分子筛缓慢加入Fe和Zn的硝酸盐溶液中，在60℃下保持搅拌约4小时形成糊状后，将其在100℃下干燥时间为8小时。然后，放入马弗炉中在550℃下煅烧6小时。取出后研磨成粉末并筛分为粒径为小于等于420μm，最终制得Fe和/或Zn金属改性HZSM-5催化剂。
第三步，分别称取600μg Fe和/或Zn金属改性HZSM-5催化剂和300μg的核桃壳粉末放置于快速热裂解反应器中，设置固定床反应器温度为500℃。
第四步，待热裂解反应结束后，热裂解蒸汽直接进入到GC/MS中。利用GC/MS对生物油成分进行分析，GC/MS的测试条件为：初始柱温60℃，测定柱温300℃，进样温度280℃，进样量为1μL，使用氦气作为载气，纯度99.999％。最终测得生物油中芳香烃的含量为114.53mg/g。
实施例3
本实施例涉及一种Fe金属改性HZSM-5催化剂实现核桃壳热裂解生物油提质的方法，包括如下步骤：
第一步，选用硅铝比为26的HZSM-5催化剂为母体催化剂。
第二步，以5Fe/HZSM-5为例。Fe元素的质量与HZSM-5分子筛的质量比为5％。首先按照质量比例称取HZSM-5分子筛和Fe(NO3)3·9H2O，然后将Fe(NO3)3·9H2O配制成饱和溶液。将HZSM-5分子筛缓慢加入Fe的硝酸盐溶液中，在60℃下保持搅拌约4小时形成糊状后，将其在100℃下干燥时间为8小时。然后，放入马弗炉中在550℃下煅烧6小时。取出后研磨成粉末并筛分为粒径为小于等于420μm，最终制得Fe金属改性HZSM-5催化剂。
第三步，分别称取600Fe金属改性HZSM-5催化剂和300μL的核桃壳粉末放置于快速热裂解反应器中，设置固定床反应器温度为500℃。
第四步，待热裂解反应结束后，热裂解蒸汽直接进入到GC/MS中。利用GC/MS对生物油成分进行分析，GC/MS的测试条件为：初始柱温60℃，测定柱温300℃，进样温度280℃，进样量为1μL，使用氦气作为载气，纯度99.999％。终测得生物油中芳香烃的含量为24.72mg/g。
表1不同催化剂对核桃壳快速热裂解制备生物油中芳烃组分含量的影响
经过具体实际实验，在热裂解反应器为500℃时，催化剂与生物质的质量比为2:1时。在铁和锌的质量比为3:2，铁和锌在HZSM-5催化剂上的负载量为5wt.％时，生物油中芳香烃的含量达到最大值，为114.53mg/g。
与现有技术相比，本方法提高生物油中芳香烃的含量，本发明对生物油中的芳香烃的含量进行了定量，与之前的研究测定的相对含量有本质上的不同，是热裂解产物中典型芳香烃的确切含量。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (10)
1.一种基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法，其特征在于，采用浸渍法制备得到的金属改性HZSM-5催化剂与核桃壳混合后通过微型热裂解装置进行裂解，实现基于核桃壳的芳烃类化合物产量的增加；
所述的浸渍法是指：将HZSM-5分子筛缓慢加入不同比例的铁和锌的硝酸盐溶液中。
2.根据权利要求1所述的基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法，其特征是，所述的不同比例的铁和锌的硝酸盐溶液中铁元素和锌元素的质量比例均为0-5wt.％，且质量比例相加的金属元素之和与HZSM-5质量之比为5wt.％。
3.根据权利要求2所述的基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法，其特征是，所述的金属改性HZSM-5催化剂包括5Zn-HZSM-5、1Fe4Zn-HZSM-5、2Fe3Zn-HZSM-5、3Fe2Zn-HZSM-5、4Fe1Zn-HZSM-5、5Fe-HZSM-5，其具体比例对应为：0wt.％Fe和5wt.％Zn、1wt.％Fe和4wt.％Zn、2wt.％Fe和3wt.％Zn、3wt.％Fe和2wt.％Zn、4wt.％Fe和1wt.％Zn、5wt.％Fe和0wt.％Zn。
4.根据权利要求1～3中任一所述的基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法，其特征是，所述的HZSM-5分子筛，采用硅铝比为26的HZSM-5。
5.根据权利要求1所述的基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法，其特征是，所述的干燥，温度为100℃，干燥时间为8小时。
6.根据权利要求1所述的基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法，其特征是，所述的煅烧，温度为550℃，煅烧时间为6小时。
7.根据权利要求1所述的基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法，其特征是，所述的Fe和/或Zn金属改性HZSM-5催化剂，经过研磨成粉末并筛分至粒径为小于等于420μm。
8.根据权利要求1所述的基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法，其特征是，所述的核桃壳与金属改性HZSM-5催化剂按照质量比为1:2进行混合。
9.根据权利要求1所述的基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法，其特征是，所述的核桃壳粉末，经过粉碎并筛分至粒径为小于等于187.6μm。
10.根据权利要求1所述的基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法，其特征是，所述的催化热裂解反应，反应温度为500℃。
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| CN202111477917.7A Pending CN114133950A (zh) | 2021-12-06 | 2021-12-06 | 基于核桃壳的芳烃类化合物优化生产方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114133950A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104689846A (zh) * | 2013-12-09 | 2015-06-10 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种调整含氧化合物制芳烃过程产物组成的催化剂及应用 |
| CN108499598A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-09-07 | 中山大学惠州研究院 | 一种多级孔分子筛N-Meso-ZSM-5催化剂及其催化热解木质素制备生物油的方法 |
| CN109603900A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-04-12 | 浙江大学 | 一种用于生物质油加氢脱氧的Zn-M/HZSM-5催化剂及其制备方法和应用 |
-
2021
- 2021-12-06 CN CN202111477917.7A patent/CN114133950A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104689846A (zh) * | 2013-12-09 | 2015-06-10 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种调整含氧化合物制芳烃过程产物组成的催化剂及应用 |
| CN108499598A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-09-07 | 中山大学惠州研究院 | 一种多级孔分子筛N-Meso-ZSM-5催化剂及其催化热解木质素制备生物油的方法 |
| CN109603900A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-04-12 | 浙江大学 | 一种用于生物质油加氢脱氧的Zn-M/HZSM-5催化剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JIACHEN XU等: "Study on catalytic pyrolysis of eucalyptus to produce aromatic hydrocarbons by Zn-Fe co-modified HZSM-5 catalysts", 《JOURNAL OF ANALYTICAL AND APPLIED PYROLYSIS》 * |
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