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萘催化裂化中活性炭的作用
文章作者:bc365网络部 更新时间:2019-12-24 16:22:23

  固体燃料(例如生物质,废物或煤)的气化会产生由一些次要化合物(当使用空气作为气化剂时,CO,H 2,CH 4,CO 2,H 2 O和N 2)组成的合成气。以及程度较小的无机和无机净化物。该燃料气体可以燃烧产生电力,或者进一步处理以生产化学品或第二代燃料。活性炭是焦油裂解的好用催化剂,适用于热净化生物质和废物转化为能源的气化过程中产生的合成气。这项研讨调查了由煤制成的活性炭催化萘转化为焦油化合物的参考。

  活性炭在高温下与气体反应,有时在碳化过程中或之后添加化学物质以添加其孔隙率。因此,其物理化学性质次要取决于母体材料的组成,活化剂的类型和活化过程的温度。蒸汽活化产生具有较高中孔体积的炭,而二氧化碳活化产生较高的中孔体积。蒸汽还进步了活性炭表面上催化元素(次要是K和Ca)的浓度。然而,焦油转化的炭改变原有的特性,与其活性添加。这是由于孔尺寸分布和表面活性基团浓度的演化所致,这也影响了碳转化率和烟灰堆积速率之间的平衡。一切活性炭在其结构内均包含微孔(内径小于2 nm),中孔(内径2 nm至50 nm)和大孔,但绝对比例根据原料和活化过程而有很大差异。焦油分子必须从大量气体挪动到催化剂表面面,然后扩散到孔中并在内表面上反应。

  萘转化用的实验仪器

  萘转化试验已在图1所示的实验设备中进行,该设备显示了其次要部分:进料零碎,反应器,采样/清洁安装和气体分析仪。进料零碎由用于调理氮气流量的转子流量计和萘饱和器组成,以获取掺有焦油的物流。饱和器和反应器之间的管道应保持在150°C以上,以免萘发生冷凝。所使用的反应器是内径为14 mm,总高度为600 mm的立式管状石英反应器。将活性炭床放在反应器内部的玻璃粉上方,该玻璃粉位于距顶部430毫米处。床的温度经过K型热电偶在床的地方进行测定。在焦油采样期间,经过切换三通阀,将反应器出口处的气体导入采样安装,并在其余时间内导入清洁安装。采样安装由三个撞击器组成,在0°C时充满异丙醇。公用实验表明,在本研讨分析的条件下,该设备的捕获效率超过99%。借助带有热导检测器(TCD)的微型气相色谱仪分析清洁区出口处的气体,以在线测定短链烃(从乙炔到苯)和分子氢。实验安装的更多详细信息可以在其他地方找到。

  图1:用于萘转化测试的实验设备示意图。

  实验条件和步骤

  每个测试已反复三遍,并在3 cm的活性炭床高度和0.11 s的有效气体停留时间下进行。后者是经过在运转温度下将床高除以有效气体速度而得出的。这些停留时间之间的差异非常小(0.107 s–0.110 s,取决于活性炭的颗粒大小和氮气流量),不会影响所获得的转化效率。第1组研讨了萘的初始转化。将装有炭床的反应器在纯氮气氛围中加热至所需温度。第2组研讨了所测试的不同催化剂的萘转化率随时间的变化。

  实验结果分析

  经过使用三种不同尺寸的活性炭,在750°C和900°C之间的温度下,以及焦油载气在炭床中的气体停留时间,研讨了萘转化过程中粒径对活性炭的影响。图2的直方图描述了萘的初始转化。在750°C和800°C的温度下,活性炭的大小对萘的转化率有明显影响:较细的材料进步了萘的转化效率,在750°C时,其从颗粒的79%添加到粉末的97%。在800°C下,从颗粒的81%到粉末的100%。

  图2:用活性炭球型、颗粒和粉末在750°C,800°C,900°C下获得的萘转化率以百分比表示,并带有标准偏差的表示。

  图3报告了在测试过程中三种粒径的活性炭萘转化的时间演化,表明转化效率的连续降低与有效表面积的逐渐减小有关。结果用误差条表示,表明标准偏差,表明活性炭颗粒和粉末的行为相当类似,而活性炭颗粒一直显示出较低的转化效率,达到10%或更高。这表明较小的颗粒意味着降低的扩散阻力。

  图3:在750°C时,活性炭球型、颗粒和粉末的萘转化时间。

  可以经过扫描电子显微镜,经过分析每个测试开始和结束时材料的图像来进一步研讨此方面。留意孔径。测试后(图4的底部)不再存在新颖材料大量孔隙的大部分(图4的顶部)。在测试结束时,萘碳化产生的碳堆积物次要以小晶粒的方式存在于活性炭表面,通常集中在表面的特定区域周围,可能对应于活性部位。在煤或椰子壳上的活性炭上曾经观察到类似的碳粒和细丝,并且在这些情况下,它们的构成与铁和碱物种的催化活性有关。在活性炭球团的SEM图像中,也可以区分深裂缝,这可能是热应力的结果。

  图4:在750°C下萘转化率测试之前(顶部)和测试之后(底部)的活性炭颗粒和活性炭粉末的SEM图像。

  该研讨调查了在固定床配置下,萘在市场上可购得的煤质活性炭催化下的转化情况。留意力集中在活性炭尺寸和反应器温度可能对裂解效率的影响上。在每次测试之前和之后,都要测量被测活性炭的内部结构(孔径分布和总表面积)。反应器温度的升高和活性炭尺寸的减小总是导致萘转化率的进步。在750°C下,当颗粒尺寸从颗粒(直径3 mm,长度在5到7 mm之间)减小到粉末(0.3-0.4 mm)时,其裂解效率从79%进步到97%。这些效率表明活性炭颗粒具有更高的抗孔扩散性,而粉末活性炭能够利用全部可用的多孔体积。在实际使用中,应考虑与利用催化剂粉末有关的高压降。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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