论文部分内容阅读
城市污泥作为一种来源广泛的低品位生物质能源具有很高的利用价值,开发绿色的城市污泥资源化利用工艺不仅可以从中获得清洁能源,还可以解决污泥量日益增长所带来的环境问题。热解是利用污泥制备生物燃料和高附加值化学品最有前景的技术之一,但是高含氮量制约了污泥热解生物油的利用。本文对城市污泥热解挥发分进行原位催化重整,将污泥中的有机组分转化成高附加值化学品,研究了不同金属（Ni、Co）和不同负载量（0.3-3.0 wt.%）的负载型HZSM-5催化剂对城市污泥热解产物组成分布和氮转移的影响,对比两种反应气氛（水蒸气和Ar）和热解温度对城市污泥催化热解行为和氮迁移规律的影响,重点考察水蒸气气氛对催化剂上积碳形成的抑制作用和产物氮分布的影响。提出污泥在金属负载型HZSM-5催化剂上可能的反应机理。金属的引入导致油Oil-C（生物油中的碳）产率略有下降,气体产量和芳烃总碳产率增加。Ni负载HZSM-5在提高芳烃的碳产率方面比Co负载HZSM-5具有更好的性能,在0.5Ni-HZ催化下获得11.2%的最大芳烃总碳产率。金属负载的HZSM-5促进了单环芳烃而非多环芳烃的形成,Ni显著提高了苯的选择性。通过添加Ni和Co,更多的氮以NH3形式释放或保留在固体产物中。提高金属负载量使NH3产率增加,在3.0Ni-HZ催化下下所得NH3产率最高（36.8%）。Ni和Co促进了催化快速热解过程中的裂解反应产生更多的H自由基,这有利于污泥中含N杂环的开环产生芳烃和NH3。水蒸气气氛下污泥热解产物分布受温度影响与Ar气氛下相似,温度升高更多的碳向气体产物中转移。与Ar气氛下相比,水蒸气的存在通过抑制多环芳烃的形成及水煤气反应减少了催化剂上积碳的生成并增加了气体产量,且H2和CO增加量最多。水蒸气没有改变金属负载型HZSM-5催化剂对污泥快速热解产物组成的影响,由于水蒸气的存在所得生物油中的轻质芳烃碳产率有所降低,但水蒸气的存在使苯的选择性更高,使用HZSM-5催化剂时,在700 oC时较同温度Ar气氛下的苯选择性提高了2.8%。金属负载型HZSM-5催化剂在水蒸气气氛下也可以提升苯选择性并降低甲苯选择性。水蒸气气氛下,在0.5Ni-HZ催化下得到9.6%的最高轻质芳烃总碳产率。水蒸气促进了污泥热解过程中的氮向气体产物（NH3和HCN）中转移,显著提升了NH3产率,且水蒸气气氛下金属负载型HZSM-5催化剂的脱氮效果有所增强,在0.5Ni-HZ和0.5Co-HZ催化效果下,NH3产率分别达到39.2%和37.8%。