[发明专利]TiO

说明书

本发明公开一种TiO₂多晶泡沫陶瓷催化剂，该催化剂为双层多孔结构，最外层为Ti–Fe–O固溶体，中间层为Zr–Al–Ce–O固溶体，内核为硅胶，所述Ti、Fe、Zr、Al、Ce、O元素的摩尔比为2.2～3.5:1.0～1.5:1.4～1.8：2.6～3.0:0.01～0.05：15～18。本发明公开一种TiO₂多晶泡沫陶瓷催化剂的制备方法。本发明还公开一种利用TiO₂多晶泡沫陶瓷催化剂催化废塑料与生物柴油产烃的方法，以废塑料作为供氢体，WC多晶泡沫陶瓷催化剂作为加氢脱氧和异构催化剂，TiO₂多晶泡沫陶瓷催化剂作为催化改质催化剂，在实验室固定床反应器内催化生物柴油进行加氢脱氧和异构化反应转化为液体烃类燃料。

技术领域

本发明涉及一种TiO₂多晶泡沫陶瓷催化剂、其制备方法及利用其催化废塑料与生物柴油产烃的方法，属于油品改质技术领域。

背景技术

生物柴油因为能够直接用于当前的柴油发动机系统，燃烧性能比石化柴油更加优越，在生产、储存和运输方面也更安全，并具有良好的生物降解性、环境友好性和可再生性而被称为“液体太阳能”，被认为是最好的石化替代能源之一。

随着生物柴油的大量使用，其自身存在的一些问题也日益凸显，如燃烧时生物柴油热值较石化柴油低约10%，如不改变发动机的结构参数，发动机的功率要下降8%左右。较高的运动黏度使发动机喷嘴喷出的油滴平均直径变大，导致油气混合不均匀，燃烧不完全，易出现喷嘴堵塞、燃油消耗量增大的情况。同时，原料对生物柴油的性质影响很大，若原料中饱和脂肪酸，如棕榈酸或硬脂酸含量高，则生物柴油的低温流动性较差；若不饱和脂肪酸，如亚油酸或亚麻酸含量高，则生物柴油的氧化安定性较差。另外，生物柴油对发动机中橡胶管路也有腐蚀作用，与石化柴油混合时不能超过一定限值，若要使用高含量的生物柴油，则必须更换耐生物柴油的橡胶和塑料油路器件。

为解决生物柴油使用过程中存在的各种问题，将其转化为与石化柴油组成、结构和性质相似的烃类燃料已成为当前生物柴油的发展趋势。这些烃类燃料在化学结构上与柴油完全相同，具有与柴油相近的黏度和发热值，较低的密度和较高的十六烷值、硫含量较低、倾点低以及与柴油相当的氧化安定性等优势。同时，生物柴油转化为烃类燃料后CO₂排放量比柴油低，发动机尾气中SO_x，NO_x含量和颗粒物排放量明显减少，而且可以大大减少发动机的结垢，噪声也明显下降。

目前，将生物柴油转化为烃类燃料的方法主要有直接加氢脱氧和加氢脱氧异构。油脂直接加氢脱氧工艺是在高温高压下的深度加氢过程，羧基中的氧原子和氢原子结合成水分子，而自身还原成烃，使用的催化剂是经过硫化处理的负载型Co-Mo和Ni-Mo等加氢催化剂。此项工艺简单，产物具有很高的十六烷值，但是得到的柴油组分中主要是长链的正构烷烃，使得产品的浊点较高，低温流动性差，在高纬度地区难以使用而限制了该技术的应用。

加氢脱氧异构工艺实际是对直接加氢脱氧工艺的改进，该工艺包括2个阶段，第一阶段为加氢脱氧，与直接加氢脱氧的条件相近；第二阶段为临氢异构，利用贵金属催化剂将正构烷烃转化为异构烷烃，从而提高产品的低温流动性。

然而，无论是直接加氢脱氧还是加氢脱氧异构都需要外部供给氢气，且加氢脱氧催化剂需要预硫化才能发挥作用，而异构化则为贵金属催化剂。单独供给氢气需要专门的供氢管线和储存设施，安全要求高，且只能从外采购，不利于降低生产成本。催化剂预硫化的操作要求严格，工艺繁琐，且硫化的好坏直接影响后续加氢脱氧效果，不利于产品质量控制，至于异构化所使用的贵金属催化剂则过于昂贵，不适合用于生产燃料这种低附加值产品。