生物质与塑料催化共热解制芳烃研究进展

芳烃是多用途的化学品,主要来源于石油和煤焦油等。以生物质和塑料为原料制取芳烃,可以缓解能源短缺和环境污染,实现生物质和塑料的资源化利用。催化剂能够增强共热解的协同效应,生物质与塑料进行催化共热解可以提高产物品质,改善热解产物分布,提高轻质芳烃的产率和选择性,抑制焦炭的生成。本文综述了生物质与塑料催化共热解制取芳烃的协同热解机理及影响因素,总结了不同种类催化剂的共热解研究进展,以期为生物质与塑料催化共热解定向调控制备芳烃工艺的改进和优化提供参考。     

生物质与塑料催化共热解技术研究进展

生物质是唯一一种可再生碳源，其高效利用是解决能源与环境问题的纽带。近年来，基于化石能源的塑料制品使用和废弃量快速增加，其难于自然降解，对环境造成严重威胁。生物质与塑料的催化共热解技术能够得到选择性更高的产品，进而提升高附加值产物的产率和品质，是生物质与塑料规模化利用的重要方向。本文从生物质与塑料高效转化的角度出发，梳理了生物质与塑料催化共热解技术研究进展，对生物质与塑料共热解机理、ZSM-5基催化剂共热解、过渡金属基催化剂共热解、碱/碱土金属催化剂共热解、多催化剂共热解等不同种类的催化共热解研究前沿进行了综述，并对比了原位催化和非原位催化的共热解方式，展望了生物质与塑料催化共热解的主要技术和发展方向，以期为生物质与塑料的高效协同转化提供方法参考和研究思路。     

生物质与塑料共热解协同特性研究进展

通过梳理最新的生物质与塑料共热解技术研究进展,对共热解过程中协同效应、热重特性、动力学机理、气液固三相产物特性进行综述,归纳了生物质与塑料共热解的协同特性和优势特点,为生物质废弃物与废塑料共热解技术提供理论依据,为环境治理提供方案参考,有利于创造经济效益和生态效益,加快实现社会可持续发展的目标。     

塑料与蜡(重油)催化共热解相互作用研究

采用低密度聚乙烯(LDPE)和固体石蜡(WAX)分别作为塑料及重油的模型化合物,以HZSM-5为反应催化剂,通过热重实验进行热解特性及动力学分析,研究了二者在热解行为上的相互作用;并结合固定床反应器对比研究单独热解及不同原料配比下共热解的产物分布,考察了共热解过程相互作用对热解产物的影响规律。结果表明,LDPE与WAX共热解过程二者间相互作用增强,表现为促进反应物的热解失重,降低了原料的特征热分解温度及反应活化能,显著提高了热解油中C_(21-)轻油馏分及芳烃的选择性,而油中C_(21+)重油馏分的选择性及固体残渣产率均降低;而且随着共热解原料中WAX比例的增加二者间的相互作用不断增强;基于模型化合物水平初步验证了塑料与裂解重油共热解制备高品质轻质燃油工艺的可行性与技术优势。     

共热解过程中煤与生物质相互作用的研究进展

煤炭与生物质共热解是实现煤炭高效清洁利用的重要途径之一。共热解可改善煤炭单独热解产生的污染问题和生物质单独利用时能源密度低、季节性供应不平衡的问题,不仅能提高煤炭转化效率,还能获得更高品质油品。本文从煤与生物质共热解的影响因素、研究方法和共热解过程中组分间相互作用等方面出发,对近期国内外煤与生物质共热解的研究进行综述。总结了生物质种类、热解工艺参数和热解反应器的类型对煤与生物质共热解过程的影响规律以及煤与生物质在共热解过程中的相互作用过程,即半焦与挥发分间的相互作用、挥发分间的相互作用、生物质中碱金属对共热解的催化作用,并针对如何进一步认识煤与生物质相互作用机理、提高共热解效率等问题和发展方向作了展望。     

生物质热解反应装置研究现状及展望

生物质热解是实现生物质能源化利用的重要途径,对解决日益严重的能源问题有着重要意义。着重介绍了几种典型的生物质热解反应器的研究现状,并列举了近期开发出的几种新型热解反应装置,总结了不同种类的热解反应器的工作原理及各自优缺点和适用情况。对催化热解和生物质原料预处理及反应器进行了综述,指出开发新型高效、高活性热解催化剂和加大对原料预处理技术的基础理论探索力度是未来生物质热解研究的发展方向。     

生物质热解液化制备生物油技术研究进展

介绍了国内外生物质热解液化工艺、主要反应器及其应用现状;简述了生物质催化热解、生物质与煤共热解液化、微波生物质热解、热等离子体生物质热解几种新型热解工艺;并对目前生物质热解动力学研究进行了总结;对未来生物质热解液化技术的研究进行了展望。     

生物质热解油雾化技术研究进展

生物质热解油是一种绿色低碳、可用于雾化燃烧的液体燃料,但在实际应用中存在运动粘度高、雾化燃烧不充分、现有燃油喷头及燃烧器不适用等问题。综述了热解油雾化技术最新研究进展,详细介绍了生物质热解油的组成成分和理化性质,系统分析了液相介质、雾化方式、雾化条件等对热解油雾化的影响以及内在规律。通过国内外雾化技术归纳总结,梳理了热解油雾化评价指标和较为先进的检测方法,以期为热解油高效清洁利用提供技术参考。     

生物质快速热解下行式流化床反应器研究进展

在碳中和目标下，未来发展之路是从化石能源的原料体系转变到可再生能源的原料体系。作为化石资源的重要替代品，生物质是唯一能够大规模取代化石资源的可再生碳资源。生物质快速热解技术是实现生物质资源转化为液体燃料的重要途经，其技术核心是反应器。下行式循环流化床反应器具有产物停留时间短、近平推流性能等优点，在生物质快速热解方面具有广阔的应用前景。本文介绍了流化床反应器的特点及其中试和示范/商业级装置的研究现状，详细总结了下行床反应器的特点、结构、分类及流体力学特性，并分析了目前下行床反应器放大过程中的瓶颈问题以及进一步研究的方向，为推动下行床反应器在生物质快速热解工业应用提供参考。     

固定床反应器中生物质/废塑料共热解制备燃料油

通过热重分析不同生物质（木屑和秸秆）单独热解以及与塑料（PP和dcPVC）共热解时的热解行为,研究了生物质与塑料共热解过程中的协同作用。在固定床反应器中考察了塑料的含量对生物质/塑料共热解的影响,最后通过元素分析和GC-MS对所得生物油进行了分析。研究结果表明：生物质和塑料共热解过程中存在明显的协同作用。木屑和PP共热解过程中的协同作用最为显著,当PP含量为80%时,所得生物油的产率最高,明显高于两者单独热解得到的生物油。元素分析和GC-MS分析结果表明：木屑和PP所得生物油的含氢量较高,所得到生物油的热值与石化燃油的相近。     

木质纤维生物质精炼中木质素的分离及高值化利用

木质纤维素作为最有前途的可再生资源,可替代现有的液体燃料。因此,木质素作为木质纤维生物质细胞壁的主要成分之一,由其开发的高附加值产品将大大提高从可循环利用生物质生产能源的经济性。本文回顾了自催化乙醇精炼技术的优势,相对于其他制浆技术不仅可以高效地从木质纤维生物质中分离出高活性的木质素,还可以获得高附加值的副产品(如糠醛、低聚糖、乙酰丙酸、甲酸、乙酸等)。同时,抽提液可循环利用。基于自催化乙醇精炼木质纤维生物质的特点,介绍了用自催化乙醇精炼所分离出的高活性木质素进行高值化利用的优势,以及用木质素生产高附加值产品的研究及利用,从而为木质纤维生物质中木质素在工业上大量开发利用提供了一条新的途径。     

纤维素与多氢原料共热解的协同效应

为探究典型生物质原料纤维素与多氢原料聚乙烯共热解过程中官能团的相互作用及协同效应，本文利用傅里叶变换红外光谱仪、热裂解-气相色谱/质谱联用仪、热重-质谱及流化床对纤维素及其与聚乙烯混合共同热解实验产物进行分析。傅里叶变换红外光谱实验表明，纤维素红外谱图的主要基团为CH₃、CH、CH₂，多氢原料的加入均会提升碳氢基团的相对含量。热重-质谱实验表明纤维素的实验主要产物为C₃H₈，聚乙烯的加入会提升C₂H₄的离子流强度。热裂解-气相色谱/质谱联用实验表明，纤维素的热解产物以左旋葡聚糖为主，聚乙烯的加入使得纤维素中烃类的含量得到较大幅度的提升，HZSM-5的催化使得芳烃类产物的相对含量得到提升。流化床热解验证实验的总体趋势与PY-GC/MS实验一致，在纤维素与聚乙烯共热解的基础上再加入HZSM-5催化，可以得到最佳的实验效果。     

煤与废塑料共热解特性研究进展

煤与塑料共热解既能回收废塑料中的碳氢资源,又可以实现废塑料的资源无害化处理,是一种很有前景的废塑料资源化回收利用方式。本文概述了煤与塑料共热解的热解特性及其产物性质,分析了煤与塑料共热解的机理及共热解过程中氯的迁移规律,简要介绍了煤和塑料的不同混合方式及其对共热解特性的影响。文中指出煤与塑料共热解具有明显的增油减水效应,在煤热解过程中添加一定量的废塑料不仅可以改善焦油品质,同时对热解半焦的结构和反应性也有一定的影响,因此煤-塑料共热解是一种绿色高效资源化的废塑料处理方式,对于废塑料循环利用、解决白色污染问题及提高煤炭利用率具有重要意义。     

硼掺杂活性炭催化生物质与塑料共热解制芳烃

活性炭（AC）由于其发达的孔隙结构和官能团,被用作生物质和塑料催化裂解的催化剂或催化剂载体。然而,AC催化剂的催化活性较低,需对其进行改性处理以提高催化性能。本文利用固定床反应器探究了掺硼活性炭（BAC）催化剂催化玉米秸秆和高密度聚乙烯共热解过程中硼掺杂量、催化剂/原料质量比、共热解温度对产物产率及分布的影响规律。采用BET、FT-IR、NH₃-TPD测试了AC与BAC催化剂的比表面积、孔容、表面官能团及酸性等性能,并采用XRD和XPS对BAC使用前后硼的晶体结构和存在形态进行了表征。结果表明,随着硼掺杂量的增加,BAC催化剂的比表面积和孔径逐渐降低,表面官能团无明显变化,而强弱酸量显著增加。使用后的BAC催化剂中硼主要以B—O键的形式存在,BC₃衍射峰消失,出现了B—C弱衍射峰。随着硼掺杂质量分数从0.5%增至3.0%,单环芳烃的含量先升高后降低,而多环芳烃的含量呈现出与单环芳烃相反的变化趋势。当硼掺杂量为1.0%、共热解温度为600℃和BAC催化剂/原料质量比为1.25时,单环芳烃含量达到最大值44.18%,此时多环芳烃的含量为19.75%。此外,硼的存在能有效抑制焦炭沉积,提高催化剂的寿命。     

石莼与褐煤低温共热解热重分析及动力学

将不等量的生物质石莼(SC)加入到褐煤(AL)中进行低温干馏实验,实验表明:随石莼的掺混比增加,热解油产率呈先增加后减少的趋势,在石莼掺混比为30%时热解油产率达到最大值12.50%,热解油中烷烃含量在原有基础上增加了23.54%,在一定程度上提高了热解油品质。利用热重分析仪对石莼、褐煤单独热解及30%最佳掺混比的混合样共热解的热解特性进行了研究,结果表明:石莼的加入使褐煤初始热解温度提前,失重速率变快,在300～700℃之间,实验所得混合样的残重量小于单独热解残重量的理论加权值,表明石莼的添加一定程度上促进了热解反应的进行。混合热解符合一级动力学方程模型,指前因子A和活化能E_a存在补偿效应,共热解时的A和E_a与褐煤单独热解相比均减小。     

煤制乙二醇装置联产碳酸二甲酯精馏工艺优化

在煤制乙二醇的生产过程中,会副产碳酸二甲酯（DMC）、甲酸甲酯、甲缩醛等,目前煤制乙二醇联产残液大都未进行有效分离和纯化,只能作为低纯度碳酸二甲酯或廉价杂醇处理,这样不仅造成甲醇损耗,而且降低了装置应有的经济性,因此经济合理地回收碳酸二甲酯具有重要的意义。由于甲醇与DMC形成二元共沸物,常规精馏方法无法将二者彻底分离。本文总结了各种DMC-甲醇分离方法,并优选采用变压精馏技术进行甲醇与DMC分离。利用煤制乙二醇中富含碳酸二甲酯以及甲醇、甲酸甲酯等杂质的副产残液为原料,提出3种改进工艺,获得99.9%以上高纯度DMC产品。计算结果表明,3种工艺方法分别适用于含量低于高压共沸组成、高于常压共沸组成、90%以上浓度DMC物料的分离,实现以更低能耗、更优化流程获得高纯度DMC产品。     

碳中和背景下国内外废塑料裂解法回收进展

人类生产生活对塑料制品日益增长的需求使得塑料废弃物迅速增加,由此引起的环境问题和社会问题亟待解决。本文综述了碳中和背景下国内外废塑料裂解法回收进展,从废塑料裂解催化剂、废塑料裂解反应器、废塑料与其他固废共裂解三个方面对废塑料裂解技术进展进行总结,归纳了国内外塑料回收企业和石油石化企业在废塑料裂解回收方面的进展,分为裂解法制油和裂解法制化学品两个方面。阐明了废塑料回收在节约能源、碳减排和经济性方面的意义,指出国内废塑料裂解法回收存在法规缺失、废塑料分类不清晰、产业链条不完善、相关学术研究不深入等问题,提出国内石油石化企业应从全生命周期角度出发对废塑料进行裂解法回收处理,结合上下游产业链,分阶段实施废塑料裂解产油品路线和产化学品路线。     

甘蔗渣与褐煤共热解半焦的特性

利用自制的干馏装置进行褐煤与甘蔗渣的低温共热解实验,并探究甘蔗渣的添加量对热解产物产率及半焦品质的影响。研究结果表明,在甘蔗渣掺混比为20%时,产物产率的实验值与理论值偏差达到最大,此时焦油产率的实验值比理论值高出9.61%;FTIR检测表明半焦中主要含有-OH、C=C和C=O官能团,且甘蔗渣的添加能促进半焦中苯类化合物转化为其他类低分子化合物;SEM检测表明褐煤与甘蔗渣共热解半焦比煤样单独热解半焦孔隙发达;BET分析表明甘蔗渣与褐煤的相互作用不仅能提高共热解半焦比表面积,而且能改善孔径分布,使共热解半焦孔径有减小的趋势。半焦吸附重金属离子实验表明未经任何处理的煤半焦及甘蔗渣半焦对铅离子去除率分别达到78.42%和87.80%。     

赤泥/木质素共热解制备复合吸附材料及其性能

炼铝工业产生的赤泥废渣以不合理的方式处置,会造成严重的环境污染和资源浪费。赤泥中富含的铁元素以Fe₂O₃的形式存在,不利于铁资源回收,可通过还原方式制取磁性材料用于重金属离子的去除。基于此,本研究采用碳热还原法耦合赤泥与木质素制备一种复合吸附材料。系统探究还原温度、还原时间、还原剂用量对还原效果的影响,并开展铅离子吸附实验。研究表明,通过与烟煤还原赤泥对比得出木质素还原赤泥最佳工艺参数：还原温度625℃、还原时间30min、木质素与赤泥质量比为1∶1;GC对共热解气体产物进行分析得出赤泥的引入能够提高氢气产量;GC-MS对共热解液体产物进行分析得出木质素/赤泥共热解能够提升芳烃类化合物产量;吸附实验得出制备的复合材料能够有效去除水溶液中的铅离子。通过耦合赤泥、木质素残渣两种废弃物制备复合吸附材料,能够响应国家环保政策,具备潜在的经济、能源、环境效益。