Gázzal módosított pirolízis-koksz szénkátrány szituációs katalitikus repedésére

Zhang Lei

† Geológiai és Környezetvédelmi Iskola, Hszian Tudományos és Műszaki Egyetem, Hszian 710054, Kína

‡ Szénforrások feltárásának és átfogó hasznosításának legfontosabb laboratóriuma, Természeti Erőforrások Minisztériuma, Hszian 710021, Kína

Shu Hao

§ Vízügyi és Vízerőműszaki Iskola, Hszian Műszaki Egyetem, Hszian 710048, Kína

Zhang Lei

∥ China National Heavy Machinery Research Institute Co., Ltd., Hszian 710032, Kína

Jia Yang

† Geológiai és Környezetvédelmi Iskola, Hszian Tudományos és Műszaki Egyetem, Hszian 710054, Kína

Absztrakt

A módosított pirolízis-koksz katalizátorként használható a kátrányrepedéshez. Ebben a cikkben pirolízis kokszot használtunk hordozóként a módosításhoz gázok (H2O, CO2 és NH3) alkalmazásával, és az optimális módosított gázt választottuk ki. Ennek alapján különböző módosított áramlási sebességű, hőmérsékletű és időtartamú pirolízis-kokszot készítettek a kátrány megrepedésének katalizálására. Megvizsgálták a gázzal módosított pirolízis koksz kátrányrepedés termékeire gyakorolt hatását. A pirolízis kokszot Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópiával, Brunauer – Emmett – Teller analízissel és pásztázó elektronmikroszkóppal jellemeztük. Az eredmények azt mutatják, hogy az optimális gáz H2O, és az optimális előállítási körülmények 450 ml/perc, 650 ° C és 60 perc. Az optimális körülmények között működő pirolízis-kokszkatalizátornak van a kátrányra a legjobb repedési hatása. Továbbá tovább javult a gáz és a kátrány hozama.

1. Bemutatkozás

A kőszénkátrány fontos szerepet játszik a vegyiparban. A kezelt kőszénkátrány széles körű felhasználási területtel rendelkezik, és nyersanyagokat, például policiklusos aromás szénhidrogéneket és magas szén-dioxidot nyújthat. 1,2 Az alacsony rangú szénben alacsony hőmérsékletű szakaszos pirolízissel lehet fenolokat, olaj- és gázkészleteket kinyerni és tiszta szilárd tüzelőanyag-technológiát előállítani. 3,4 Az alacsony hőmérsékletű szénsavas kátrány az ember által előállított olaj egyik fontos forrása. A katalitikus krakkolási technológia fejlesztése révén széles körben alkalmazták a közepes és alacsony hőmérsékletű kőszénkátrányból származó magas hozamú fűtőolaj, dízelolaj és benzin előállításának folyamatát, amely fokozatosan javítja a gazdag szén és kevés olaj jelenlegi helyzetét . 5−7

Az elmúlt években sok kutató kezdett figyelni az alacsony rangú szénből előállított pirolízis-koksz katalitikus reformjára a pirolízisgáz kátrány számára. 23 Megállapították, hogy a pirolízis-koksz jó katalitikus aktivitást mutatott, ami végül csökkentheti a kátránytermelést és növelheti a termék könnyűolaj- és gáztermelését. A 24–26 pirolízis koksznak számos előnye van, de egy jobb pirolízis koksz katalizátor előállításához módosítani kell a pirolízis koksz felületének funkcionális csoportjainak és pórusszerkezetének növelése érdekében, hogy javuljon a katalitikus krakkolási hatás. 27,28 A katalizátor módosítási módszerei általában sav-bázis-módosított, gáz-módosított és hordozós fém- vagy nemfém módszereket tartalmaznak. 29.

A sav-bázis módosítása során óhatatlanul savhulladék és lúg keletkezik, amelyek környezetszennyezést okoznak és megnövelik a kezelés költségeit. 30 Ezért a pirolízis-koksz sav-bázis aktivációjának módszere több negatív hatást fog eredményezni. A hordozós katalitikus anyagoknak vannak hátrányai, például magas gyulladási hőmérséklet, katalizátor-mérgezés, aktivitásromlás, nehézfém-szennyezés stb. 31−33. A gázzal módosított pirolízis koksz növelheti a funkcionális csoportokat és kotorhatja a termikus defókuszáló nyílást, ezáltal növelve a fajlagos felületet, és olcsó ár, kiváló teljesítmény, alacsony gyártási költség és környezetbarát tulajdonságokkal rendelkezik, ami összhangban a zöld, alacsony szén-dioxid-kibocsátású gazdasággal. Tehát a gázzal módosított pirolízis koksz hatékonyan javíthatja a kátrányrepedés aktivitását és hatását. 34,35

A gázmódosítás aktív gázok (például gőz, levegő stb.) Alkalmazása a szén gyenge oxidációjának végrehajtására magasabb hőmérsékleteken, a pirolízis pórusátmérőjének kotrása, majd a fajlagos felület növelése. A kémiai aktiváláshoz képest a gázmódosítás jellemzői az olcsó ár, a kiváló teljesítmény, az alacsony gyártási költség és a környezetbarát tulajdonságok. A 36,37 gőzaktiváció az aktív szén előállítására általánosan alkalmazott módszer, és jelentős hatást gyakorol a széntartalmú anyagok aktiválására. A gőz- és szénatomok reaktívabbak, a gőz alacsony hőmérsékleten könnyen diffundál az anyagba, és a gőzkoncentráció könnyen eléri a pórusokon belül és kívül a dinamikus egyensúlyt, megteremtve az új pórusok megjelenésének feltételeit. 38

A szén pirolízisét és a kőszénkátrány in situ katalitikus krakkolási eljárását egyszerre hajtják végre. A gázfázisú kátrány nehéz alkotóelemeit könnyebbé téve kis molekuláris anyagokat képeznek a katalizátor rétegben, ami alacsonyabb energiafogyasztást igényel, és megkönnyíti a kőszénkátrány kondenzációját a folyamat szétválasztása után, jó gazdasági előnyökkel. A pirolízis előnyei az egyedi pórusszerkezet, a nagy fajlagos felület és a katalitikus teljesítmény jó megválasztása. A pirolízis során az olvasztott aromás anyagokat hasznos vegyi anyagokká és nyersanyagokká alakíthatja, ami növelheti annak felhasználási értékét.

Ezért ez a cikk pirolízis-kokszot használ hordozóként, és a módosításhoz gázokat (H2O, CO2 és NH3) használtak. Különböző módosított áramlási sebességgel, hőmérsékletekkel és idővel rendelkező pirolízis koksz katalizátorokat készítettünk a kátrány megrepedésének katalizálására. A gázzal módosított pirolízis koksz hatását vizsgálták a kátrány krakkolási termékeire.