生物质催化热解制备轻质芳烃研究(2)

化热解实验中，反应气体全部收集，其中一部分用气床层高度。

袋收集，利用气相色谱（日本岛津ＧＣ．１４Ａ）分别对Ｃ。４碳氢化合物气体（ＨｃＧ）和ＣＯ、ｃ０２无机气体２结果与讨论

（ＩＯＧ）进行定量分析；另一部分气体采用Ｃｑ干冰．２．１流化床流化特性研究

甲醇混合溶液冷却收集，利用气相色谱仪对液相产

流化床反应器的流化质量对热解产物的产率和物的苯（Ｂ）、甲苯（Ｔ）、二甲苯（Ｘ）和萘（Ｎ）进行定量

分布有很大的影响，使用流化床冷模装置调查流化分析。热解后的焦炭由反应气出口处的旋风分离器

床流化特性，实验条件：流化介质为ＣｏＭｏ－Ｂ催化剂，收集，通过炭平衡来确定过程的物料衡箅（热解过程

静止床高（催化剂的填充高度）为０．０８ｍ，流化气体的流化床冷模实验装置见图２）。首先将一定质量

为空气。试验气体流速、床层高度和床层压降之间

４期

王昶等：生物质催化热解制备轻质芳烃研究

５１７

的关系见图３。由图３可知，当流速由零逐渐增大的过程中，流化床在流速较低时为固定床，床层压降

△Ｐ随着气速的增加而增加，当△Ｐ增到与静止床压力（ＩＶ／Ａｔ）相等时，粒子应开始流化，但由于床层中原来挤压着的粒子还存在一定阻力，所以需要一个稍大的动力，当粒子开始松动时，压降又恢复到（别ｍ）之值，介质便流化起来。从图３还中可知，介质流化之后，在一定的气速范围内，床层的压降基

本保持不变，而流化介质的床高随气速以接近线性关系相应增加。当气速为０．０８～０．３４ｍ ８。１时，流化

床的颗粒层高度随流化气速的增加而稳定增加，无

论是气速由小增大，还是由大减小，床层内部的流化

状态都较稳定，但超过该范围后，床层内部将会出现

不同程度的波动和腾涌现象。因此，流化床的操作条件对床内流化质量影响很大，选择合适的操作气速将有利于床层的流化稳定和催化热解过程的控

制。通过该实验，对于催化热解过程，可以将操作气

速设定在比较稳定的区域范围内进行。

图３床层压降、床层高度与气速的关系

Ｆｉｇ．３

Ｖａｒｉａｔｉｏｎｄ

ｐｒｅｓｓｕｒｅ由叩ａｎｄ

ｂｅｄ

Ｉｌｅｉｇ｝ｌｔｗｉｔｈｓｕｐｅｒｆｉｃｉａｌｇａｓｖｅｌｏｃｉｔｙ

２．２流化气速对热解产物的影响

不同操作气速流化状态下，生物质催化热解产

物的收率及其分布表示见表３。实验条件：静止床

高为０．０８ｍ，热解反应温度为８６３Ｋ，连续供料时间为

４０ｍｉｔｌ。操作气速不同，气固接触时间亦不同，从而影响催化加氢效果。从表３可知，随操作气速增加，

炭的总收率（删）增加，这是因为气速增加，延长了

气固接触时间，加速了初期热解产物的二次分解，提高了轻组分的收率，其中有机气体ＨＣＧ收率的增加程度更明显，从８．０４％，ｄａｆ提高到２１．０９％，ｄａｆ，且增加甲烷最多。由于加氢效果的提高，同时还加快了ＣＯ和Ｃ０２的加氢向甲烷转化。对于目的产物轻质芳烃来说，随着气速的增加，存在一个最佳的收

率。

表３流化气速对热解产物的影响

Ｔａｂｌｅ３

Ｅｆｆｅｃｔ０ｆｇａｓｖｅｌｏｃｉｔｙ

ｏｎ

ｙｉｅｌｄｓ

ｏｆｃａｔａｌｙｔｌｃｐｙｒｏｌｙｓｉｓｐｒｏｄｕｃｔｓｏｆｐｉｎｅ

反应条件：静止床高：０．０８ｍ，热解温度：８６３Ｋ，反应时间：

４０ｎｆｉｎ。

气速为０．３２ｍ ｓ。１时，其收率达到６．２９％，ｄａｆ，说明ＢＴＸＮ是热解过程的中间体。气速较低或较高都不利于中间体ＢＴＸＮ的生成。说明随着气速的增

加，催化剂的流化高度逐渐增加，气固接触状况更加

完好。快速热解的气化产物与催化剂的催化作用不

仅加快了焦油加氢向低分子中间体ＢＴＸＮ的二次反应，同时也促进中间体ＢＴＸＮ加氢低分子化向ＨＣＧ转化。当气速过高，达到０．４０ｍ ｓ。１时，由于流化状

态的改变，产生了波动和腾涌现象，造成了加氢的不

均衡，在促进焦油二次分解的同时，过度地加速了中间体ＢＴＸＮ的低分子化，中间体轻质芳烃化合物ＢＴＸＮ收率明显下降（只有４．７８％，ｄａｆ），使产物更多

地向甲烷转化。因此，催化热解过程中，操作气速的选择将会直接影响床层内的流化质量和气固接触时

间，是一个重要的操作参数，尤其是以中间体ＢＴＸＮ为目的产物时，选择合适的操作气速有利于中间体

产物的生成。

２．３催化剂的静止床层高度对热分解产物的影响

催化剂静止床高的变化反映了催化剂用量的变化，也反映了木材在催化热分解过程中气固接触时间的变化，其结果会对热解产物收率产生很大影响，

５１８

太阳能学报

３０卷

尤其对于中间产物ＢＴＸＮ更为明显。表４给出了不

同静止床高条件下，催化热解产物的收率。实验条

件：操作气速为０．３２ｍ ｓ～，热解温度８６３Ｋ，连续供

料时间为４０ｒａｉｎ。从表４可知，在较低的静止床高

Ｏ．０２ｍ条件下，即使会发生加氢过程，但由于催化剂用量较少，不能充分促进二次气相反应，同时由实验中甲醇回收液的深黄颜色亦可以说明仍有许多焦油存在。此时除焦油之外回收下来的样品，经定量分

析，碳的总回收率只有７７．０６％，其中ＨＣＧ收率为６．５７％，ｄａｆ，中间产物ＨＣＬ收率为１．０１％，ｄａｆ，而无

机气体ＩＯＧ为主要气相成分，其中Ｃ０２收率高达１５．１０％，ｄａｆ，这说明初期热解的焦油还有相当一部分未能分解。随着催化剂用量的增加，二次气相反应逐渐增强，促进了焦油以及大分子化合物的二次

分解，当静止床层增加到０．１０ｍ时，热解产物ＨＣＧ的收率可达到１５．９６％，ｄａｆ，其中主要是甲烷气体，其收率高达１１．１５％，ｄａｆ，它主要来源于碳氢化合物

的低分子化和部分ＣＯ的加氢过程。

表４床层高度对热解产物产率和分布的影响

Ｔａｂｌｅ４

Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔａｔｉｃｂｅｄｈｅｉｇｈｔ

ｏｎ

ｙｉｅｌｄｓ

ｏｆｃａｔａｌｙｔｉｃｐｙｒｏｌｙｓｉｓｐｒｏｄｕｃｔｓｏｆｐｉｎｅ

反应条件：气速：０．３２ｍ ８～，热解温度：８６３Ｋ，反应时间：

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