Catalytic pyrolysis of biomass

生物质快速热解液体产物氧含量一般在35～40wt%左右，除了含量最高的单一化合物水外，有机含氧化合物主要包括羟基醛、羟基酮、糖、羧基酸、酚类等。高含氧量造成了生物油的热值低、粘度大、有腐蚀性、性质不稳定、难于分离和进一步加工处理，使其在应用方面难度很大。本课题以玉米秸秆为生物质原料，开展了耦合法生物质催化热解和两步法生物质催化热解工艺研究，寻求适用于生物质热解产物催化转化的催化剂和反应条件，旨在通过催化改质，提高生物油的品质，使其能够作为生产发动机用液体燃料或具有高附加值精细化学品的原料。催化热解使用的催化剂包括制备的HUSY/γ-Al2O3、REY/γ- Al2O3、HY/γ- Al2O3、HZSM-5/γ-Al2O3四种固体酸催化剂，Ni-Mo/HZSM-5/γ-Al2O3、Ni-Mo/HUSY/γ- Al2O3两种双功能催化剂以及选购的CIP-2型重油催化裂化催化剂和MLC-500型馏分油催化裂解催化剂。本文同时揭示了生物质热解产物的催化转化机理和催化热解动力学特征，具体包括以下几个方面的内容。 研究了生物质催化热解产物的选择性规律。揭示了生物质催化热解产物的选择性与催化剂酸性、催化剂助剂、催化剂孔结构和催化转化温度等多个影响因素的相关性。催化剂酸性不宜过强或过弱，在提高含氧化合物转化率的基础上，确保产物中高附加值产品的选择性；催化剂助剂NiMo金属组分的添加能起到协同催化作用，提高了醛酮类和醚酚类化合物的催化转化活性；Y型分子筛催化剂的比表面积和孔体积越大，对含氧化合物转化活性越高，HZSM-5型分子筛催化剂的择形孔结构有利于烃类化合物和羟基丙酮的生成；催化热解反应温度与产物的选择性相关性不大，低温条件有利于羟基丙酮等酮类化合物的生成，高温条件可减少酚类化合物的生成。 考察了生物质催化热解催化剂的稳定性和再生活性规律。试验结果发现催化剂积炭造成的B酸位在反应初期不可逆失活，L酸位在反应中起主要催化作用，并且催化剂初始酸性越强，其产焦趋势也越明显。HZSM-5分子筛和Ni-Mo金属助剂组分有助于抑制积炭生成，从而提高催化剂的活性稳定性。 探讨了不同催化剂作用下热解产物中含氧化合物的催化转化机理和部分产物的生成机理。醛、酮类化合物首先通过脱羰基反应和脱水反应生成小分子烃类和不饱和烯烃，进一步通过齐聚反应和芳构化反应以及聚合反应生成芳烃和大分子的焦炭。醚类化合物脱除反应以歧化、裂解、烷基化和缩合反应为主，歧化反应的结果生成酚类物质和烷基化醚，中间产物酚类物质继续二次反应生成多支链，更大分子的酚和焦炭，是积炭产物的主要来源。羧酸类化合物羰基的脱除比醛酮羰基的脱除困难，一般包括两条反应路线，一条是脱羰基反应，主要生成CO2和乙烷为主的有机小分子气体，另一条反应路线主要包括脱氧反应，生成水（气相）和醛酮类物质后继续反应脱氧。反应过程中碳元素主要以CO2和CO的形式逸出，但主要产物是CO2。CO2的生成主要在第一反应阶段，来源于半纤维素、纤维素等的脱羧、吡喃环及糖苷链断裂等反应，催化剂的活性顺序为双功能催化剂>酸性催化剂>商业催化剂；CO的生成主要在二次裂解阶段，主要来源于脱羰（C=O）等反应，催化剂的活性顺序为商业催化剂>酸性催化剂>双功能催化剂，与CO2表现出的催化剂活性顺序正好相反。 完成了生物质催化热解反应动力学计算，得到了反应步骤及其动力学方程，并用于催化热解反应进程和转化率的预测。认为生物质热解一般按两步进行。第一步为二维扩散反应控制，反应机理函数为 ，第二步主要为二次裂解反应，反应机理函数可以用表观一级动力学 来表达。而生物质催化热解一般分为三步进行。第一步热解温度范围为320℃～350℃，反应机理函数为 ，为一维扩散控制反应；第二步热解温度范围为400℃～500℃，可用表观一级动力学 描述其机理，第三步热解温度范围为500℃～800℃，以二次反应和缩合反应为主，反应机理可用二维扩散控制反应 进行描述

生物质催化热解动力学研究(英文)

本文首先通过积分求解反应动力学的方法分析生物质热解和催化热解过程,认为生物质催化热解不能用表观一级动力学进行描述,而应该用多步反应进行描述;然后通过无机理函数Friedman方法确定了生物质催化热解的初始反应类型并求解了相关的初始动力学参数;最后采用非线性回归的方法拟合催化热解过程,认为生物质催化热解可用连续三步反应进行描述,分别为一维扩散、表观一级和二维扩散反应,并分别求得动力学机理函数和动力学参数

生物质催化热解催化剂稳定性考察

通过喷动床-固定床两步法生物质催化热解工艺研究了HUSY/-γA l2O、HZSM-5/-γA l2O3、N iMoHUSY/-γA l2O3和N iMoHZSM-5/-γA l2O34种催化剂的结焦性能、活性稳定性和再生活性。结果表明,催化剂酸性越强,其产焦率越高,且过强的催化剂酸性不利于主要产物选择性的提高;催化剂B酸位在反应初期就基本失活,L酸在随后的反应中起主要催化作用;催化剂失活在很大程度上属于不可再生失活。故应研究适合于生物质催化热解的具有特殊孔结构、弱酸性和高活性稳定性的催化剂

生物质催化热解催化剂稳定性考察

通过喷动床-固定床两步法生物质催化热解工艺研究了HUSY/γ-Al_2O、HZSM-5/γ-Al_2O_3、NiMoHUSY/γ-Al_2O_3和NiMoHZSM-5/γ-Al_2O_34种催化剂的结焦性能、活性稳定性和再生活性。结果表明,催化剂酸性越强,其产焦率越高,且过强的催化剂酸性不利于主要产物选择性的提高;催化剂B酸位在反应初期就基本失活,L酸在随后的反应中起主要催化作用;催化剂失活在很大程度上属于不可再生失活。故应研究适合于生物质催化热解的具有特殊孔结构、弱酸性和高活性稳定性的催化剂

生物质热解制燃料油及化学品的工艺技术研究进展

从生物质热解制液体燃料油(生物油)的收率和品质两方面论述了生物质热解关键技术和热解制备液体燃料工艺。通过对比分析了传统的生物质快速热解关键技术———热解反应器、加料技术、气-固快速分离技术及热解蒸汽快速冷凝技术的研究现状、难点和不足,并提出了新型生物质快速热解关键技术———旋转筛板热解工艺。同时针对现行生物质热解制燃料油工艺存在的不足,对比分析了4种热解制取燃料油工艺,并提出了汽爆、固态发酵的生化转化与快速热解相结合制取液体燃料的方法

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“Clara Sánchez: geografías de la distopía”

生物质是环境友好的可再生能源.近年来相关研究不断升温,文献报道量激增.本文在现有文献综述及近期报道的基础上,从利用热化学方法由生物质获得燃料油及化学品的角度对各方案进行了归纳、适当补充及简要述评,重点介绍了生物油催化裂解精制、水相重整制备烷烃、超临界水/水热制备化学品3个领域

生物质热化学转化制备生物燃料及化学品

生物质是环境友好的可再生能源.近年来相关研究不断升温,文献报道量激增.本文在现有文献综述及近期报道的基础上,从利用热化学方法由生物质获得燃料油及化学品的角度对各方案进行了归纳、适当补充及简要述评,重点介绍了生物油催化裂解精制、水相重整制备烷烃、超临界水/水热制备化学品3个领域

生物质气化发电技术研究进展

化石能源枯竭和环境污染两大难题日渐成为社会发展的枷锁,人类亟需寻找绿色清洁能源推动社会可持续发展。生物质具有可再生性、原料丰富和清洁低碳的特点,拥有巨大应用潜力。生物质气化发电技术作为生物能利用的方法之一,不仅可以替代传统能源,还能避免能源利用过程中带来的环境污染问题。本文介绍了国内外生物质气化发电技术研究进展,包括气化设备研究、生命周期评价和发电工艺研究等,为生物质气化发电技术的研究提供参考和借鉴

生物质催化热解的TG-FTIR研究

借助综合热分析仪和傅立叶红外联用技术（TG-FTIR），考察了HUSY、REY和HZSM-53种分子筛以及重油催化裂化催化剂MLC和馏分油催化裂解催化剂CIP对生物质催化热解的活性和选择性。研究结果表明，分子筛对生物质热解产物的脱氧活性顺序为：REY≈HUSY〉HZSM-5，生成高辛烷值烃类的选择性顺序为：REY〉HUSYHZSM-5；MLC催化剂和CIP催化剂都表现出较高的选择活性，前者的脱氧活性略高于后者；择形分子筛HZSM-5的引入对调整催化剂酸强度、提高催化转化选择性和抑制焦炭生成产生一定作用