几种不同生物质的快速热解

在一流化床连续热解装置中(生物质处理能力1 kg/h),对松树、杨树、芒草、和甜高粱等几种典型的生物质进行了快速热解研究。考察了热解温度、停留时间、进料颗粒大小等对生物油产率与组成的影响,获得了这几种生物质的最佳热解工艺条件。研究结果表明,在相同的操作条件下,木质类生物质具有相对较高的生物油产率;而芒草和甜高粱等草本类生物质由于含灰分较多,热解后所得固体产物——生物焦的产率较高,但生物油的产率相对较低,不过其生物油组成中含氧量也相对较低。     

金属盐添加剂对生物质热解特性影响研究进展

生物质资源由于其原料容易获取且可再生、反应产物绿色无污染等优点被视作为新世纪最有发展潜力的新能源。生物质热解作为目前将生物质能转化为高品质洁净能源的有效方法之一,可凭借热解反应可将生物质转变为高附加值的、获取难度大的化学品,因此具有较高的研究意义。相关研究表明,在生物质热解过程中加入金属盐添加剂可实现对其过程的干预。本文概括总结了金属盐添加剂的添加方式以及不同种类的金属盐添加剂对生物质热解特性的影响,以期对同类研究提供理论参考。     

油页岩催化热解研究进展

简述了油页岩热解加入催化剂不仅可以提高页岩油产率,也能在一定程度上控制其成分。重点介绍了常用的四类催化剂：天然矿物,金属化合物,分子筛和负载类催化剂对油页岩热解的影响。研究表明,天然矿物能影响热解产物的组成,如蒙脱石可提高页岩油产率。金属氧化物、金属盐对热解均有催化作用,金属氧化物使页岩油芳烃含量增加,金属盐类促进油页岩里含有的有机质分解,加快反应速率。适当的分子筛能够使页岩油产率增加,并降低其中含硫、氮的化合物含量。在此基础上指出了制备新型催化剂的发展方向,希望能够为全世界的非常规能源的发掘使用产生参考价值,使油页岩催化热解技术进一步工业应用有据可依。     

生物质转化及生物质油精制的研究进展

目前,生物质热解和生物质液化是两种有效的生物质转化技术,其转化所得生物质油有望替代化石燃料。但是生物质油的高含氧量、低热值和化学不稳定性影响其广泛应用,对生物质油进行精制以改善生物质油品质,是当前研究的热点。介绍了生物质常用的转化技术——生物质热解和生物质液化,并比较了这两种工艺所得生物质油的特性,评述了油品精制工艺,为生物质油利用提供参考。     

生物质微波热解影响因素的研究

针对大尺寸生物质热解的特点,采用预热工艺和热解工艺相结合的方法,对木渣进行了微波热解。在此基础上,系统研究了热解温度、微波功率、升温速率、预热时间、预热温度等工艺参数对热解产物分布及其组成的影响。实验结果表明,在预热温度160℃,预热时间15 min,裂解功率400 W,裂解温度600℃,升温功率1 000 W的条件下,得到生物油最大产率47.2%,生物炭产率为24.35%,合成气产率为28.45%。生物油成分主要为芳香族化合物和呋喃类化合物。     

低温等离子体协同生物质热解-催化制备烃类燃料

以HZSM-5分子筛为催化剂,进行低温等离子体(NTP)协同生物质真空热解-HZSM-5催化制备精制生物油的试验,采用响应面法对NTP协同生物质热解-催化制备精制生物油的工艺参数进行了分析和优化,考察了生物质质量与催化剂高度(质高比)、反应温度和体系压力对精制生物油收率的影响,三者对精制生物油的收率具有显著影响,且交互作用显著.对最优工艺条件下制备的精制生物油元素组成、高位热值(High heating value,HHV)、官能团构成和分子组分进行分析,以期为生物质能源高效转化利用提供试验基础据和理论依据.     

褐煤与生物质混合快速热解半焦特性研究

研究了褐煤、生物质及其不同配比混合物在快速热解条件下,热解产物半焦的产率、工业组成、热值以及表面结构等特性,探讨了其随热解温度和原料组成的变化规律.结果表明,由于受褐煤和生物质各自组成和性质的影响,褐煤与生物质混合快速热解过程,生物质配入比例和热解温度对半焦的产率、工业组成、热值及表面结构的影响较为复杂.总体趋势是,控制适宜的热解温度和适宜的生物质配入量(生物质配入比例50%),可获得高的半焦产率和半焦热值,同时降低半焦中灰分含量.生物质掺混比例为50%,热解温度为600℃时,热解产物半焦产率为52.1%,半焦热值可达23.75 MJ/kg.由于生物质的引入,混合物热解产物半焦的表面结构比褐煤单独热解时半焦的表面结构有所改善,半焦孔隙增加,有利于增加半焦的吸附性和反应性.     

钾盐对生物质热解特性影响研究进展

为了更好地探究钾盐对生物质催化气化的影响,该论文从钾盐来源和赋存形式出发,对钾盐在生物质热解过程中的化学形式变化和迁移规律、热解过程和产物的影响、添加方式的影响等进行了总结。从钾盐对生物质主要成分纤维素、半纤维素和木质素的热解的影响角度分析了钾盐对生物质热解的影响,对于研究钾盐的热解机理有一定借鉴作用。对钾盐与其他金属盐在生物质热解中催化气化特性作了对比,分析了不同金属盐对生物质热解过程的影响。通过分析比较国内外学者在钾盐催化气化方面的研究,发现由于条件的不同,各研究结论也有所不同,而且在催化气化机理还有待进一步研究。     

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。     

煤与生物质的共热解液化研究进展

煤与生物质共热解液化将是燃料与化学品重要的转化技术之一。本文从共热解液化机理、共热解液化反应动力学、煤与生物质的协同作用、催化剂、共热解液化工艺、共热解液化产物等方面对煤与生物质共热解液化研究进展进行了综述,指出煤与生物质的快速共热解液化将是重要的发展方向,催化剂的应用和液化产物的精制将对提升液化油的品位和降低成本,对实现共液化油替代现行石化液体油具有更重要的意义。     

生物质热解制备高品质生物油研究进展

生物质热解制备生物油是能源富集的有效途径,是实现碳闭路循环的重要方式,作为一种环境友好型技术受到广泛关注和研究。然而,生物质热解反应过程复杂,生成的生物油热值低、含氧量高及强酸性等特点,制约了生物油的分离提纯、制备合成气以及燃烧等方面的应用,生物油品质的提升迫在眉睫。本文从生物质三组分、原料预处理、反应参数、催化剂、反应器等方面综述了影响生物油品质的主要因素,分析了生物油的特点,不同预处理下生物质特性的变化与生物油的关系,催化剂参与的热解行为对提升生物油品质的导向作用以及常用生物质热解反应器的特点,并对影响生物油品质的主要因素进行了总结。最后,针对影响制备高品质生物油的诸多因素提出建议,以期为制备高品质生物油提供参考和借鉴。     

碱土金属氧化物基催化剂催化热解生物质研究进展

快速热解是生物质高效转化利用的重要方法之一,然而其目标产物生物油因含氧量高、组分复杂等不足而难以直接利用。通过在热解体系中引入碱土金属氧化物基催化剂,可以将热解产物中的氧元素以CO₂和H₂O等方式脱除,从而实现生物油品质的提升。总结了典型碱土金属氧化物基催化剂对生物质催化热解过程中发生的酮基化、羟醛缩合、开环和侧链断裂反应及机理,讨论了催化剂类型（CaO、MgO、基于碱土金属氧化物的分子筛和活性炭等）、生物质原料、温度、催化剂用量、停留时间、催化方式、催化剂失活等因素对生物油产率与品质的影响,并对生物质催化热解制备高品质生物油及其应用进行了展望。     

生物质油加氢脱氧精制研究进展

随着石油能源渐趋匮乏,生物质高温裂解制备生物质油备受关注。而生物质油中氧含量高达40%,这将影响生物质油的稳定性、极性、热值、粘度和酸性等,应必须对其进行加氢脱氧精制处理。文中介绍了裂解生物质油的组成分布和特点,阐述了裂解生物质油加氢脱氧精制的反应过程和影响因素。     

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.     

Pyrolysis of microalgae biomass over carbonate catalysts

Microalgae are seen as potential biomass to be used in a biorefinery concept. Several technologies can be used to convert microalgal biomass, but pyrolysis is viewed as a unique pathway to obtain valuable chemicals distributed in three phases: liquid (bio-oil), gas (bio-gas) and solid (bio-char). The liquid phase, bio-oil, usually presents higher heating value than raw biomass, but acidity and oxygen content are major drawbacks. In situ catalyzed pyrolysis can help to decrease the oxygen content and acidity of pyrolytic bio-oils. Chlorella vulgaris and Scenedesmus obliquus were pyrolyzed in a fixed-bed reactor using commercial carbonate catalysts (Li₂CO₃, Na₂CO₃, K₂CO₃, MgCO₃, SrCO₃ and MnCO₃). The catalysis pyrolysis temperature (375 °C) was selected from thermal degradation profiles obtained using thermogravimetry under nitrogen flow and corresponds to the maximum degradation rate for both microalgae. In spite of similar volatile and fixed carbon contents, microalgae performed differentially during pyrolysis mainly due to the different contents of carbohydrates, oils and proteins. Chlorella vulgaris and Scenedesmus obliquus showed bio-oil yield in the range 26–38 and 28–50 wt%, respectively. Only sodium carbonate was able to decrease the bio-char yield, confirming that carbonate catalysts prompt simultaneously gasification and carbonization reactions. Fourier transform infrared spectra of produced bio-oils showed a net decrease of acidity, associated with carbonyl species when carbonate catalysts were used. Bio-char morphology, for both microalgae, showed evidence of melting and resolidification of cell structures, which might be due to the lower melting points of the pyrolysis products obtained from proteins and lipids. © 2020 Society of Chemical Industry     

Evaluation of various types of Al-MCM-41 materials as catalysts in biomass pyrolysis for the production of bio-fuels and chemicals

MCM-41, is one of the latest members of the mesoporous family of materials. They possess a hexagonal array of uniform mesopores (1.4–10 nm), high surface areas (>1000 m²/g) and moderate acidity. Due to these properties the MCM-41 materials are currently under study in a variety of processes as catalysts or catalyst supports. The objective of this study was to evaluate different types of MCM-41 materials as potential catalysts in the catalytic biomass pyrolysis process. We expected that the very high pore size and the mild acidity of these materials could be beneficial to reformulate the high molecular weight primary molecules from biomass pyrolysis producing useful chemical (and especially phenolic compounds) and lighter bio-oil with less heavy molecules. Three different samples of Al-MCM-41 materials (with different Si/Al ratio) and three metal containing mesoporous samples (Cu–Al-MCM-41, Fe–Al-MCM-41 and Zn–Al-MCM-41) have been synthesised, characterized and tested as catalysts in the biomass catalytic pyrolysis process using a fixed bed pyrolysis combined with a fixed catalytic reactor and two different types of biomass feeds. Compared to conventional (non-catalytic) pyrolysis, it was found that the presence of the MCM-41 material alters significantly the quality of the pyrolysis products. All catalysts were found to increase the amount of phenolic compounds, which are very important in the chemical (adhesives) industry. A low Si/Al ratio was found to have a positive effect on product yields and composition. Fe–Al-MCM-41 and Cu–Al-MCM-41 are the best metal-containing catalysts in terms of phenols production. The presence of the Al-MCM-41 material was also found to decrease the fraction of undesirable oxygenated compounds in the bio-oil produced, which is an indication that the bio-oil produced is more stable.     

生物质双级催化热解制备燃料化学品的研究进展

生物质热解所得目标产物生物油因高含氧量、组分复杂等问题难以直接应用,通过使用适宜的催化剂升级热解蒸气可实现生物油的脱氧提质。本文基于前人研究,首先总结了生物质催化热解中金属氧化物和分子筛催化剂的结构特点、催化原理与催化效果。然后详细介绍了微介孔复合型、金属氧化物/ZSM-5复合型双级催化体系的构建原理、催化模式及其对于生物质催化热解产物分布规律产生的影响,并说明了双级催化体系的可行性与实用性;同时概述了影响生物质催化热解的其他因素,包括原料特性、工艺参数、操作模式等。最后针对目前双级催化热解研究与发展中存在的问题,对进行双级催化模式的比较研究、改进催化体系以降低生产成本、发掘双级催化剂的多种使用价值等方向提出了展望。     

生物质热解利用中主要催化剂的研究进展

催化热解目前逐渐成为生物质转化利用技术的主要研究方向,相比常规热解,催化热解可以对生物油进行有效提质并且定向产生高值化产品。本文通过对近年来新兴的催化剂进行综述,包括分子筛类催化剂（ZSM-5、HZSM-5、USY等）、炭基催化剂、金属氧化物、白云石、整体式催化剂等,了解了目前生物质热解利用中催化剂领域内的最新研究进展。文中指出,良好的催化剂是保证反应顺利进行的关键,不同催化剂定向产生的高值化产品也有所不同,因此催化剂的正确选择对于生物油的提质起着重大作用。根据目前领域内所研究内容,本文还对各类催化剂的优缺点、产物特性进行了详细比较,并针对该技术现有问题提出了部分建议并进行展望,为以后生物质热解领域催化剂的研究提供了重要的理论依据。     

Liquid phase equilibrium of phenol extraction from bio-oil produced by biomass pyrolysis using thermodynamic models

Utilization of biomass as a new and renewable energy source is being actively conducted by various parties. One of the technologies for utilizing or converting biomass as an energy source is pyrolysis, to convert biomass into a more valuable product which is bio-oil. Bio-oil is a condensed liquid from the vapor phase of biomass pyrolysis such as coconut shells and coffee shells. Biomass composition consisting of hemicellulose, cellulose, and lignin will oxidize to phenol which is the main content in bio-oil. The total phenolic compounds contained in bio-oil are 47.03% (coconut shell) and 45% (coffee shell). The content of phenol compounds in corrosive bio-oils still quite high, the use of this bio-oil directly will cause various difficulties in the combustion system due to high viscosity, low calorific value, corrosivity, and instability. Phenol compounds have some benefits as one of the compounds for floor cleaners and disinfectants which are contained in bio-oil.The correlation between experimental data and calculations shows that the UNIQUAC Functional-group Activity Coefficients (UNIFAC) equilibrium model can be used to predict the liquid–liquid equilibrium in the phenol extraction process of the coconut shell pyrolysis bio-oil. While the Non-Random Two Liquid (NRTL) equilibrium model can be used to predict liquid–liquid equilibrium in the extraction process of phenol from bio-oil pyrolysis of coffee shells.     

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。