化工进展 ›› 2019, Vol. 38 ›› Issue (10): 4511-4519.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0087
兰婷玮1,2(),高婷1,2,强路遥1,2,孙午亮1,2,王涛1,2,张壮壮1,2,常慧1,2,马晓迅1,2()
收稿日期:
2019-01-14
出版日期:
2019-10-05
发布日期:
2019-10-05
通讯作者:
马晓迅
作者简介:
兰婷玮(1995—),女,硕士研究生,研究方向为煤催化热解。E-mail:基金资助:
Tingwei LAN1,2(),Ting GAO1,2,Luyao QIANG1,2,Wuliang SUN1,2,Tao WANG1,2,Zhuangzhuang ZHANG1,2,Hui CHANG1,2,Xiaoxun MA1,2()
Received:
2019-01-14
Online:
2019-10-05
Published:
2019-10-05
Contact:
Xiaoxun MA
摘要:
利用原位合成法、等体积浸渍法分别向全硅ZSM-5催化剂中引入5%的过渡金属Ni进行改性,并使用X射线衍射仪、扫描电镜、等离子发射光谱仪、全自动化学吸附仪等仪器对合成的催化剂进行表征,利用粉-粒流化床热解实验装置考察了不同金属引入方式对神东煤热解产物分布的影响。结果表明:催化剂对半焦收率的影响很小,对液体收率和气体收率的影响较明显。与非催化热解相比,全硅ZSM-5催化剂使液体产物收率降低了13.2%,但提高了焦油中脂肪烃和单环芳烃的相对含量。与全硅ZSM-5催化剂相比,浸渍改性的催化剂显著提高了气体产物中H2、CO的生成量,并使焦油中脂肪烃的相对含量增加了31.5%;原位合成改性的催化剂使焦油中酚类物质相对含量减少,萘类物质相对含量增加,芳烃明显富集。
中图分类号:
兰婷玮,高婷,强路遥,孙午亮,王涛,张壮壮,常慧,马晓迅. Ni-ZSM-5分子筛对神东煤热解产物分布的影响[J]. 化工进展, 2019, 38(10): 4511-4519.
Tingwei LAN,Ting GAO,Luyao QIANG,Wuliang SUN,Tao WANG,Zhuangzhuang ZHANG,Hui CHANG,Xiaoxun MA. Effect of Ni-ZSM-5 zeolites on product distribution of Shendong coal pyrolysis[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2019, 38(10): 4511-4519.
气体 | 进料速率 /g·min-1 | 质量/g | 气体流量/L·min-1 | 温度控制/℃ | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
煤样 | 催化剂 | 进料气 | 流化气 | 反应器 | 旋风分离器 | 冷凝管 | ||
N2 | 0.2 | 5.0 | 11.0 | 1.2 | 0.6 | 600 | 350 | -40±2 |
表1 粉-粒流化床实验参数
气体 | 进料速率 /g·min-1 | 质量/g | 气体流量/L·min-1 | 温度控制/℃ | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
煤样 | 催化剂 | 进料气 | 流化气 | 反应器 | 旋风分离器 | 冷凝管 | ||
N2 | 0.2 | 5.0 | 11.0 | 1.2 | 0.6 | 600 | 350 | -40±2 |
催化剂 | Ni | ||
---|---|---|---|
X1/mg?g-1 | X2/mg?g-1 | X2?X1-1/% | |
5% Ni浸渍Z5 | 37.4 | 34.85 | 93.2 |
5% Ni原位合成Z5 | 37.4 | 34.72 | 92.8 |
表2 催化剂中金属镍的含量分析
催化剂 | Ni | ||
---|---|---|---|
X1/mg?g-1 | X2/mg?g-1 | X2?X1-1/% | |
5% Ni浸渍Z5 | 37.4 | 34.85 | 93.2 |
5% Ni原位合成Z5 | 37.4 | 34.72 | 92.8 |
样品 | 对称伸缩振动 /cm-1 | 反对称伸缩振动峰 /cm-1 |
---|---|---|
全硅ZSM-5原粉 | 803.8 | 1103.2 |
5% Ni浸渍Z5 | 803.7 | 1103.2 |
5% Ni原位合成Z5 | 801.2 | 1101.4 |
表3 催化剂骨架敏感振动峰位置参数
样品 | 对称伸缩振动 /cm-1 | 反对称伸缩振动峰 /cm-1 |
---|---|---|
全硅ZSM-5原粉 | 803.8 | 1103.2 |
5% Ni浸渍Z5 | 803.7 | 1103.2 |
5% Ni原位合成Z5 | 801.2 | 1101.4 |
样品 | a/nm | b/nm | c/nm | 晶胞体积/nm3 | 相对结晶度/% |
---|---|---|---|---|---|
全硅ZSM-5原粉 | 2.0012 | 2.0172 | 1.3368 | 5.3964 | 100.00 |
5% Ni浸渍Z5 | 2.0011 | 2.0167 | 1.3369 | 5.3952 | 99.10 |
5% Ni原位合成Z5 | 2.0046 | 2.0185 | 1.3372 | 5.4107 | 94.15 |
表4 催化剂的晶胞参数及相对结晶度
样品 | a/nm | b/nm | c/nm | 晶胞体积/nm3 | 相对结晶度/% |
---|---|---|---|---|---|
全硅ZSM-5原粉 | 2.0012 | 2.0172 | 1.3368 | 5.3964 | 100.00 |
5% Ni浸渍Z5 | 2.0011 | 2.0167 | 1.3369 | 5.3952 | 99.10 |
5% Ni原位合成Z5 | 2.0046 | 2.0185 | 1.3372 | 5.4107 | 94.15 |
样品 | 比表面积/m2·g-1 | 孔容/cm3·g-1 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
总孔 | 微孔 | 介孔 | 总孔 | 微孔 | 介孔 | ||
全硅ZSM-5原粉 | 408.2 | 396.3 | 11.9 | 0.21 | 0.19 | 0.02 | |
5% Ni浸渍Z5 | 403.1 | 383.6 | 19.5 | 0.21 | 0.18 | 0.03 | |
5% Ni原位合成Z5 | 408.6 | 385.2 | 23.4 | 0.23 | 0.18 | 0.05 |
表5 催化剂的孔结构参数
样品 | 比表面积/m2·g-1 | 孔容/cm3·g-1 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
总孔 | 微孔 | 介孔 | 总孔 | 微孔 | 介孔 | ||
全硅ZSM-5原粉 | 408.2 | 396.3 | 11.9 | 0.21 | 0.19 | 0.02 | |
5% Ni浸渍Z5 | 403.1 | 383.6 | 19.5 | 0.21 | 0.18 | 0.03 | |
5% Ni原位合成Z5 | 408.6 | 385.2 | 23.4 | 0.23 | 0.18 | 0.05 |
样品 | 弱酸量 /mmol·g-1 | 强酸量 /mmol·g-1 | 总酸量 /mmol·g-1 |
---|---|---|---|
全硅ZSM-5原粉 | 0.028 | — | 0.028 |
5% Ni浸渍Z5 | 0.046 | 0.018 | 0.064 |
5% Ni原位合成Z5 | 0.121 | 0.085 | 0.206 |
表6 催化剂的酸性质
样品 | 弱酸量 /mmol·g-1 | 强酸量 /mmol·g-1 | 总酸量 /mmol·g-1 |
---|---|---|---|
全硅ZSM-5原粉 | 0.028 | — | 0.028 |
5% Ni浸渍Z5 | 0.046 | 0.018 | 0.064 |
5% Ni原位合成Z5 | 0.121 | 0.085 | 0.206 |
床料 | 半焦/% | 液体/% | 气体/% | 积炭/% |
---|---|---|---|---|
SiO2 | 68.60 | 11.03 | 20.37 | — |
全硅ZSM-5原粉 | 68.82 | 9.57 | 20.40 | 1.21 |
5% Ni浸渍Z5 | 68.40 | 7.87 | 22.12 | 1.61 |
5% Ni原位合成Z5 | 68.43 | 9.47 | 20.93 | 1.17 |
表7 催化热解产物收率数据表
床料 | 半焦/% | 液体/% | 气体/% | 积炭/% |
---|---|---|---|---|
SiO2 | 68.60 | 11.03 | 20.37 | — |
全硅ZSM-5原粉 | 68.82 | 9.57 | 20.40 | 1.21 |
5% Ni浸渍Z5 | 68.40 | 7.87 | 22.12 | 1.61 |
5% Ni原位合成Z5 | 68.43 | 9.47 | 20.93 | 1.17 |
床料 | 各组分含量/mmol·g-1 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
H2 | CO | CH4 | CO2 | C2,C3 | 总和 | |
SiO2 | 0.48 | 1.26 | 1.14 | 0.55 | 0.39 | 3.82 |
全硅ZSM-5原粉 | 0.24 | 1.16 | 1.18 | 0.79 | 0.43 | 3.8 |
5% Ni浸渍 Z5 | 4.57 | 1.72 | 0.85 | 0.85 | 0.22 | 8.21 |
5% Ni原位合成Z5 | 1.14 | 1.34 | 1.24 | 0.83 | 0.46 | 5.01 |
表8 催化热解气体产物主要组分分析
床料 | 各组分含量/mmol·g-1 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
H2 | CO | CH4 | CO2 | C2,C3 | 总和 | |
SiO2 | 0.48 | 1.26 | 1.14 | 0.55 | 0.39 | 3.82 |
全硅ZSM-5原粉 | 0.24 | 1.16 | 1.18 | 0.79 | 0.43 | 3.8 |
5% Ni浸渍 Z5 | 4.57 | 1.72 | 0.85 | 0.85 | 0.22 | 8.21 |
5% Ni原位合成Z5 | 1.14 | 1.34 | 1.24 | 0.83 | 0.46 | 5.01 |
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