生物质溶剂液化及生物油品质提升技术综述北大核心

综述了生物质溶剂液化过程中原料、溶剂、催化剂、液固比、温度、反应气氛、压力、反应时间、停留时间、加热速率等因素对液化反应的影响。进一步分析了多种生物油提质改性的方法,主要有催化加氢、催化裂解、催化酯化、添加物质、乳化、重整制氢、萃取等,旨在为生物质液化条件的优化以及生物油的规模化应用提供依据。     

生物质催化热解制油及油品改性提质研究进展

基于国家碳中和背景，生物质作为一种重要的可再生资源，其有效利用至关重要。生物质热解制油具有规模化潜力，成为目前生物质利用的主要方式。生物质热解技术按照液化方式不同分为直接液化和间接液化，但生物质直接液化所得生物油组分不稳定，间接液化所得生物油品质取决于反应器型式、反应温度及催化剂类型等，不同制备方法的生物油品质差别较大，生物油改性提质成为其实际应用的必要条件。归纳比较了生物质热解过程中提高生物油品质的催化剂类型，着重综述了原生物油分离为轻质组分和重质组分后分别改性提质的技术路线，可转化为燃气、燃油甚至化学品，实现生物油的高值化。针对轻质油组分的改性方法有水蒸气重整制氢、催化裂解、加氢脱氧、催化酯化等，催化剂类型以分子筛及贵金属为主；而重质油组分水含量低、黏性大，相关提质研究较少，目前报道以加氢、裂化、酯化、添加溶剂、气化为主。生物油提质改性方法中，催化剂、氢源、耗能是限制其规模化、工业化应用的主要原因，降低催化剂成本及提高催化剂寿命、减少氢源使用或利用低成本氢源、简化工艺及降低反应温度是生物油提质技术发展方向。     

水热催化液化制备生物油研究

生物质水热液化技术是最具有发展前景的生物质液化技术之一,可以将生物质直接转化为高品位气态、液态和固态产物。生物质液化过程中催化剂可以适度地降低反应温度和反应压力,加快反应速率,增加液化油的生成量,并且具有改变产物组成从而抑制焦炭的形成、提高液化油的品质等功效,本文主要对近年来水热液化制备生物油过程中各类催化剂进行了综述,着重介绍了均相催化与非均相催化对生物油性质的影响及使用情况并探讨了其催化机理,指出研究催化剂对水热液化具有重要的意义。     

生物质加压液化制备生物油研究进展

回顾了生物质加压液化技术的发展历程,对生物质加压液化的反应机理进行了分析,分别探讨了生物质原料、液化溶剂、催化剂、液化气氛、液化温度、压力及反应时间对液化效果的影响。分析了目前液化生物油提质精炼的研究进展,指出在这方面的研究需进一步加深,为以后的工业化生产积累经验。     

木质纤维水热液化研究进展

水热液化是木质纤维生物质的热转化方法之一,其因以水作为溶剂被认为是环境友好型技术。本文综述了木质纤维生物质水热液化的研究进展,对木质纤维生物质的水热液化产物分析策略进行概述。分析了纤维素、半纤维素和木质素等木质纤维生物质组分的水热液化机理以及水热液化产物组成和分布。讨论了反应温度、反应时间、催化剂和助溶剂等对木质纤维水热液化的影响,重点介绍了生物油、不凝性气体和固体残渣等液化产物的表征手段。最后对未来木质纤维水热液化发展方向提出了建议。     

木质生物质在不同溶剂作用下的液化反应研究进展

生物质液化技术可将低品位的固体生物质转化成高品位的液体燃料或化学品,是生物质高效利用的主要方式。首先分析了不同生物质组分液化过程中的机理,在此基础上,以木质生物质液化溶剂的选择为出发点,讨论了水、醇类以及混合溶剂作用下的液化反应,同时比较了催化剂对液化过程及产品组成的影响,指出醇类溶剂液化在液化油产品质量、液化过程分子结构的调控方面具有较大的优势,在高品质液化油、燃油添加剂合成等方面具有较高的应用前景。     

超临界乙醇技术原理研究与运用进展

综述了超临界乙醇在制备生物柴油中的主要技术,分析了在酯交换反应、酯化反应、液化反应制生物油以及生物油加氢升级中的原理及应用。研究表明,超临界乙醇的酯交换反应过程由三个连续可逆的反应组成,水和CO_2均能提高反应速率。在酯化过程中,乙醇、酸的浓度对过程存在显著影响,此外,动力学模型表明酸存在催化效应,因此水解及油酸本身存在酸催化效应及自催化作用。超临界乙醇被广泛用于生物质的液化过程,过程主要存在:(1)生物质裂解;(2)油份重整(涉及酯交换及酯化反应等);(3)结焦或结聚;(4)小分子组分气化;及(5)气体间相互反应等典型反应等;且升高温度有利于液化;液化过程中醇与水表现出协同作用。此外,在生物油的加氢升级过程中,超临界乙醇不仅作为一种良好的反应介质,也作为反应物与生物油中的酸类物质发生酯化反应,降低生物油的酸度,提高生物油的热值。因此,超临界乙醇在生物燃料的制备与升级中具有良好的应用前景。     

超临界水液化褐煤研究进展

超临界水直接液化褐煤是高湿低阶褐煤高效转化与资源化利用的一个重要的发展方向。阐述了超临界水液化制油的优势,总结了液化过程中的热解反应、脱杂反应、缩聚反应等关键反应;重点论述了操作条件(温度、停留时间、压力、溶剂等)对反应过程的影响机理;针对油品质的升级,总结了催化剂在液化油升级中的应用,分析了煤本身所含的铁系催化剂的催化特点,总结了贵金属在催化升级中的研究现状及部分过渡金属合金的高效催化特性;强调了煤与生物质共同液化的协同作用。对液化过程中存在的问题进行了总结,并展望了未来的工业放大应用。     

生物质油改性方法研究进展

生物质快速裂解液体产物生物油(简称生物质油),具有水含量高、氧含量高、热值低、粘度大、热不稳定和化学不稳定等特性,在一定程度上影响了其广泛应用,因此必须通过精制改善其品质.按生物质快速裂解的反应过程,将提高生物质油品质的方法归纳为三类:第一类(反应前),快速裂解反应前,原料脱水和脱碱金属处理;第二类(反应中),快速裂解反应过程中,生物质油蒸汽不经冷凝直接改质;第三类(反应后),快速裂解反应完成后,采用对收集到的生物质油催化加氢、催化裂解、催化酯化、乳化、添加溶剂或添加抗氧化剂等方法进行改质.     

生物油的精制及其研究进展

生物质是唯一可以转化为液体燃料的、对环境友好的、清洁的可再生资源。通过高压液化或热裂解方法可将生物质制备成类似石油的黏稠状物质-生物油。生物油的高含氧量、低热值和化学不稳定等特性在一定程度上影响了其广泛应用,因此必须对生物油进行精制,以改善生物油的品质。从催化加氢、催化裂解、催化酯化、烯烃改性等方面阐述了生物油的精制技术及其研究进展。     

藻类直接液化制取液体燃料研究进展

藻类因其光合作用效率高、生长周期短、生物量大等优点被认为是最有应用前景的生物质。本文详细介绍了3种已实现工业化生产的小球藻、螺旋藻和杜氏盐藻以及其它几种微藻直接液化的研究现状和发展趋势。阐述了以水和有机溶剂为介质的传统直接液化工艺的优缺点,指出常压催化液化和共液化等新型直接液化工艺将是未来研究的重点。此外,对几种大型藻的直接液化作了简单评述,指出需加强对大型藻直接液化的研究。     

植物纤维原料液化新技术

介绍了植物纤维原料液化的几种新技术。植物纤维在微波作用下可以有效地液化,反应时间也显著缩短,即使是结晶度较高的纤维素也可充分降解;固体酸催化剂有较高的催化活性和选择性,而且可以循环利用;离子液体能使液化反应在近似均相的反应体系中进行,能高效地溶解纤维素、木质素和半纤维素,提高液化效率。超临界流体具有高扩散性和低表面张力,能够很好地渗透到固体内部,是植物纤维原料液化的优异溶剂。     

Preparation of Biopolyol from Empty Fruit Bunch Saccharification Residue Using Glycerol and PEG#300-Mediated Liquefaction for Application to Bio-Polyester and Bio-Polyurethane Production

Utilization of empty fruit bunch (EFB), a by-product of the palm oil production, needs to be developed because of the expanding palm oil production scale. EFB saccharification residue was obtained as a by-product of the enzymatic preparation of sugar from EFB. The liquefaction of EFB saccharification residue was performed using a mixture of polyethylene glycol (PEG) #300 and glycerol as a solvent and sulfuric acid as a catalyst. The liquefaction conditions such as liquefaction solvent ratio, liquefaction temperature, catalyst loading, and liquefaction time were optimized, and up to 90% of biomass conversion of the EFB saccharification residue was obtained. The biopolyol with approximately 890 mg KOH/g hydroxyl number was used for the synthesis of bio-polyurethane and bio-polyester, and the polymerized products were confirmed using Fourier Transform Infrared spectroscopy analysis. Basic thermal characteristics such as glass transition temperature and thermal decomposition temperature were determined to be 93.6 and 200°C using thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry, respectively.     

生物质高压液化影响因素综述

综述了原料种类、溶剂、催化剂、反应温度、反应压力、液化时间、反应气氛、升温速率、抽提物、反应器类型等各种因素对生物质高压液化的影响,并简述了常见的液化油精制方法。     

Hydrothermal catalytic production of fuels and chemicals from aquatic biomass

One of the promising avenues for biomass processing is the use of water as a reaction medium for wet or aquatic biomass. This review focuses on the hydrothermal catalytic production of fuels and chemicals from aquatic biomass. Two different regimes for conversion of aquatic biomass in hydrothermal conditions are discussed in detail. The first is hydrothermal liquefaction, and the second is hydrothermal gasification. The goals of these processes are to produce liquid‐fuel‐range hydrocarbons and methane or hydrogen, respectively. The catalytic upgrading of biocrude resulting from noncatalytic liquefaction and the stability and degradation of catalysts in high temperature water are also discussed. The review concludes with a brief discussion of the outlook for and opportunities within the field of hydrothermal catalytic valorization of biomass. Copyright © 2012 Society of Chemical Industry     

生物质液化及提质改性研究进展

综述了近年来国内外生物质热化学转化技术的研究状况。介绍了生物质液化技术现状及生物质油精制提炼方法,包括苯酚液化、多元醇液化、弗托合成、催化加氢、催化裂解、催化酯化等。指出了现存问题和未来发展方向。     

生物质常压催化液化技术研究进展

生物质是种天然可再生资源,近些年来学者们对其加工利用技术做了大量研究工作,常压催化液化技术就是其中之一。对国内外生物质常压催化液化技术的发展和研究现状进行了介绍,分析了液化剂和催化剂对液化过程及产品组成的影响,提出了生物质常压催化液化技术存在的主要问题及未来研究的方向,展望了生物质利用的发展前景。     

Recent advances in the catalytic pyrolysis of biomass

Biomass is considered as a renewable and alternative resource for the production of fuels and chemicals, since it is the only carbon and hydrogen containing resource that we can find in the world except for fossil resources, capable of being converted to hydrocarbons. The pyrolytic liquefaction of biomass is a promising way to convert biomass to useful products. This paper briefly surveys the present status of the direct catalytic pyrolysis for the liquefaction of biomass. The direct use of catalysts could decrease the pyrolysis temperature, increase the conversion of biomass and the yield of bio-oil, and change the distribution of the pyrolytic liquid products then improve the quality of the bio-oil obtained. The fact that biomass is in solid state present great challenges for its conversion and for the effective use of catalysts due to the bad heat transfer characteristics and bad mass transfer properties. These barriers appeal for the development of a new catalyst and new catalytic process as well as the integration of both. Process design and process intensification are of significant importance in the catalytic conversion of biomass.