木质素类生物质催化热解制备精细化学品研究进展

能源和环境是当今世界的两大挑战,将生物质转化为燃料和化学品是应对该挑战的低碳方案。其中,催化热解木质素获得燃料和化学品是低碳方案的重要部分。本文以能源和环境问题为出发点,阐述了木质素催化热解制备燃料和化学品的可行性和必要性,并对催化裂解行为、催化裂解过程和催化产物等方面的国内外研究现状进行了系统介绍。文章首先对木质素的结构和转化过程进行了概述;然后从催化热解行为、催化热解产物以及催化剂的研究现状等方面进行了系统阐述,并对现有的催化木质素热解过程的机理研究进行了讨论。通过对木质素催化热解制备燃料和化学品的发展前景、技术瓶颈以及逻辑方面进行评估表明,木质素转化为燃料和化学品过程中提高产品的产率和能量效率是今后的总体目标,而原料供给和生产、催化剂开发、产品分离纯化、反应机理和动力学以及计算模拟等方面将是深入研究木质素高效利用的重要研究内容。     

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。     

1-丁烯热裂解自由基反应模型的建立及验证

基于自由基链式反应机理,将Materials Studio(MS)模拟和Aspen Plus模拟计算相结合研究了1-丁烯热裂解自由基反应机理,运用MS软件对1-丁烯的结构进行优化、分析,建立了初步的、可能发生的12个自由基反应网络和2个可能反应路径;对1-丁烯可能发生的热裂解自由基反应进行模拟计算,得到1-丁烯裂解自由基反应相关动力学参数如活化能(Ea)及速率常数(k)等;用Aspen模拟软件建立裂解反应器模拟实验过程,预测1-丁烯热裂解自由基反应产物分布情况。结果表明,1-丁烯热裂解自由基反应机理模型与一维热裂解工艺模型软件模拟1-丁烯热裂解的主要产物的种类一致,预测的产物分布也吻合,1-丁烯热裂解的主要目的产物是丁二烯、丙烯及少许乙烯,与已有的实验结论相符。     

催化裂解制低碳烯烃技术研究进展

对以石油路线生产低碳烯烃的催化裂解工艺进行了综述。催化裂解结合了传统蒸汽裂解和流化催化裂化的优势,表现出良好的原料适应性和较高的低碳烯烃产率,针对不同的石油裂解原料已经开展了相应工艺技术的研究。本文总结了目前催化裂解制低碳烯烃技术的研究进展,指出ZSM-5分子筛催化剂、热力学平衡限制和动力学反应条件是催化裂解反应过程中的重要影响因素和研究内容。催化剂研究仍是催化裂解工艺开发的重点,而热力学和动力学是研究反应规律的有效方法,这是今后实现石油烃类定向转化的研究方向。     

催化裂解精制污泥热解油的工艺研究

以扬子污水处理厂的污水和污泥为原料,选取热解反应温度、热解反应时间、催化裂解反应温度和催化剂用量等因素,通过正交试验确定催化裂解精制污泥热解油的最佳工艺条件,并考察以上因素对精制油收率的影响.结果表明,在热解反应温度420℃、热解反应时间60 min、催化裂解反应温度460℃和催化剂用量(以催化剂床层高度表示)3 cm...     

废弃聚烯烃的高值化学回收研究进展

占全球塑料产量一半以上的聚烯烃，由于其稳定碳氢链结构，极难降解，废弃后带来了严重的“白色”污染和“微塑料”问题。研究废弃聚烯烃的可控化学回收，实现其资源化和升级循环利用，具有重要的意义。本文重点总结了聚烯烃催化裂解的方法、特点及过程机理，包括催化热解、加氢裂化和氢解；梳理了高值裂解产物如芳烃、轻质烯烃、润滑油等的生成机制以及裂解过程中常用的催化剂种类及其催化构效关系；讨论和介绍了裂解反应以及高值产物生成的过程强化手段，包括基于反应器设计的反应过程强化、基于高效分离材料设计的分离过程强化等方面的研究进展。通过高效催化剂的设计及反应和分离过程强化技术的研究，有望实现废弃聚烯烃低温可控裂解及产物的高值化利用。     

甲烷催化裂解制氢和碳纳米材料研究进展

甲烷通过催化裂解反应可生成不含碳氧化合物（CO_x）的高纯氢和碳纳米材料（如碳纤维或碳纳米管等）,对我国能源结构的调整及新材料的应用具有重要意义。与其他制氢工艺相比,甲烷催化裂解制氢工艺具有反应过程简单、产物清洁无污染、反应成本低等优点,因此该工艺具有重要的工业应用前景。本文重点阐述了催化剂（活性组分、催化剂载体、制备方法等）以及反应条件（催化剂还原条件、空速、反应温度等）对甲烷转化率、氢气产率和碳纳米材料（形貌和产量）的影响并对甲烷催化裂解反应机理、催化剂的失活与再生进行了概述。甲烷催化裂解反应目前仍处于实验室研究阶段,高效催化剂的研制以及流化床反应器的优化是该反应实现工业化应用的必要前提。     

分子尺度反应动力学模型构建在催化裂化/裂解过程中的应用进展

随着环保法规的日益严格和成品油质量标准的持续升级,对催化裂化/裂解过程的产品要求和控制逐渐精细到分子级别,可靠的分子尺度反应动力学模型是实现催化裂化/裂解过程分子管理的关键所在。本文简述了催化裂化/裂解的反应机理和反应类型,回顾了近三十年来不同方法对催化裂化/裂解过程反应网络和分子尺度反应动力学模型构建的研究进展。重点对不同模型构建技术的优缺点进行了详细的对比分析,指出了催化裂化/裂解过程分子尺度反应动力学模型构建的研究方向：开发更为精细的石油分子分析表征技术,构建与催化剂失活和反应器模型相结合的分子尺度反应动力学模型,实现基于分子管理的催化裂化/裂解过程反应器设计和工艺工程放大。此外,指出建立对分子集构建、反应网络构建和动力学参数求解的集成化平台是分子尺度反应动力学发展的必然趋势。     

煤热解催化剂的研究现状及未来发展趋势

基于低阶煤的中低温热解技术适宜于我国煤炭资源的特性,而热解催化有利于实现煤炭向高值化学品的定向转化,分析了煤热解催化剂的类型及其对热解过程中焦油轻质化的催化效果,提出了热解催化剂未来研究的重点,主要包括热解催化剂的制备与改性优化研究、在线热态催化、催化定向转化调控机理、循环再生研究等,简述了煤热解催化剂的应用前景和技术经济优势。     

催化裂解反应条件对产物收率的影响

增产低碳烯烃、轻质芳烃等产物是催化裂解技术发展的趋势,反应条件是影响催化裂解产物分布的关键因素。介绍催化裂解过程涉及的反应机理,概述反应温度、剂油质量比、停留时间(空速)、水油质量比等反应条件,裂解装置和原料油性质对产物收率的影响,结合工业实例分析反应条件对产物收率的影响。     

基于Py-GC/MS研究热解反应中自由基的捕获反应

在500℃下对类煤模型化合物1-萘甲醇与同位素示踪剂的共热解进行了机理研究。利用Py-GC/MS进行快速产物检测,同时联合自由基捕获剂来推断自由基的反应过程。结果表明,在500℃和0.2 min的条件下,1-萘甲醇的热解产物相对单一,但是自由基反应的引发、交换和湮灭极其快速,现有检测方法是对某一时间节点的平衡反应结果的分析。通过D₂O和H₂¹⁸O同位素示踪,成功捕获到了自由基交换后的D取代产物和¹⁸O取代产物。揭示了1-萘甲醇经过1-萘甲基自由基转化为1-萘甲醛的转化过程,发现萘环上的取代基在1-萘甲醇的热解过程中起着重要作用。同时对自由基及产物进行了定性和半定量分析,发现在加入自由基捕获剂后产物的丰度较之前降低了一个数量级,说明了自由基捕获剂抑制了产物的生成。     

乙烷裂解制乙烯过程反应动力学模型的研究进展

随着乙烯工业的不断发展及能源结构的不断调整,裂解乙烯原料呈现多样性.近年来,乙烷裂解制乙烯技术逐渐成为工业生产的热点.乙烷作为乙烯生产的优选原料,不仅具有收率高、纯度高、质量高的产品优势,同时具有投资低、成本低、能耗低的生产优势.作为裂解炉模拟的核心,研究乙烷裂解过程中的反应动力学模型可为工业生产提供精准预判.随工业应...     

Secondary Cracking of C4 Hydrocarbons from Heavy Oil Catalytic Pyrolysis

For C4 hydrocarbons from heavy oil catalytic pyrolysis, the cracking behaviours on catalyst CEP‐1 and quartz sand were investigated in a confined fluidized bed reactor. C4 hydrocarbons show a good cracking ability on CEP‐1, and butene is easier to convert than butane. Only at high reaction temperatures can butane present a good cracking ability. On catalyst CEP‐1, C4 hydrocarbons can undergo not only cracking reactions, but also such reactions as hydrogen transfer, polymerization and aromatization. The conversion of C4 hydrocarbons thermal pyrolysis is high, indicating that free radical reactions play an important part in the secondary cracking of C4 hydrocarbons. The product yields of C4 hydrocarbons pyrolysis on quartz sand are usually lower than those on catalyst CEP‐1. For both catalytic pyrolysis and thermal pyrolysis of C4 hydrocarbons, the selectivity of propene is higher than that of ethene.     

Biofuel potential production from cottonseed oil: A comparison of non-catalytic and catalytic pyrolysis on fixed-fluidized bed reactor

Conversion of vegetable oils predominantly composed of triglycerides using pyrolysis type reactions represents a promising option for the production of renewable fuels and chemicals. The purpose of this article was to compare catalytic cracking with thermal cracking on production of gaseous hydrocarbon and gasoline conversion by cottonseed oil, and to discuss the difference on composition of products from catalytic cracking and thermal cracking. Reaction products are heavily dependant on the catalyst type (catalyst activation) and reaction conditions. They can range from dry gas to light distillate, such as dry gas, liquefied petroleum gas and gasoline. When the temperature of catalytic cracking is over 460 °C, the effects of thermal cracking must be considerable.     

碳五烷烃裂解制低碳烯烃反应性能的分析

考察了碳五烷烃的热裂解和催化裂解反应性能,发现正戊烷和异戊烷的裂解反应产物存在差异;进一步分析了正戊烷和异戊烷的裂解反应机理,以及裂解生成低碳烯烃和甲烷的区别。结果表明,在热裂解条件下,正戊烷的（乙烯+丙烯）选择性高于异戊烷,异戊烷的丁烯和甲烷选择性高于正戊烷;650℃时,正戊烷和异戊烷的热裂解产品中（乙烯+丙烯）、丁烯、甲烷的选择性分别为37.48%、7.23%、6.75%和19.57%、25.16%、9.36%。而在催化裂解条件下,异戊烷的（乙烯+丙烯）、丁烯、甲烷选择性均高于正戊烷;650℃时,正戊烷和异戊烷的催化裂解产品中（乙烯+丙烯）、丁烯、甲烷的选择性分别为37.16%、9.11%、7.80%和47.70%、14.45%、13.79%。此外,发现在高温裂解条件下异构烷烃比正构烷烃容易裂解生成丁烯和甲烷。     

Hydro-thermal cracking of heavy oils and its model compound

Liquid-phase cracking of vacuum gas oil (VGO) was performed over NiMo supported nonacidic catalysts under 713 K and 8.0 MPa of hydrogen in a batch reactor, which is termed hydro-thermal cracking. Compared with VGO thermal cracking under the same reaction conditions the new process showed the suppressed naphtha yield (from 22.4 to 13.5 wt.%) and VGO conversion (from 65.7 to 64.0 wt.%) and increased the middle distillate yield (from 44.3 to 49.3 wt.%). At the same conversion level, the yield ratio of middle distillates to naphtha for this new process was two times higher than that for VGO hydrocracking. The VGO hydrocracking over USY-supported NiMo proceeded at much lower temperatures but gave higher naphtha yields. Both the thermal cracking and the hydro-thermal cracking of n-dodecyl benzene (C₆H₅(CH₂)₁₁CH₃) yielded toluene as the major aromatic product, whereas its hydrocracking over NiMo/USY yielded benzene as the major aromatic product. The reaction mechanism of this new process was assumed to consist of thermal cracking of hydrocarbon molecules via the free radical chain mechanism and the catalytic hydroquenching of free radicals.     

Mechanistic Modelling of the Catalytic Pyrolysis of Methylcyclohexane

A detailed chemical kinetic mechanism describing the thermal and catalytic cracking of methylcyclohexane over a 12CaO.7Al₂O₃ catalyst is presented. The model is based on balanced equations for both molecular and radical species describing an experimental fixed‐bed reactor system. The mechanistic model is based on overall first‐order decomposition kinetics, which satisfactorily describes experimental data. The simulated product distributions show a reasonably good agreement with the experimental results and confirm the hypothesis that the catalyst does not affect the pyrolysis mechanism and only increases the rate of the initiation steps.     

废塑料化学转化制燃料的催化剂研究进展

在简要介绍和比较热裂解、催化裂解、热裂解-催化改质和催化裂解-催化改质4种废塑料化学转化制燃料基本方法的基础上,综述了近年来国内外在废塑料裂解催化剂和废塑料裂解产物改质催化剂的研究进展,重点讨论了催化剂酸性、比表面积、孔径以及负载金属离子的类型等对废塑料催化裂解和催化改质反应性能的影响,并介绍了聚烯烃（包括聚乙烯和聚丙烯）废塑料和聚苯乙烯废塑料热裂解和催化裂解的反应机理。最后对废塑料化学转化制燃料技术的研究与开发提出了一些建议,指出采用催化裂解-催化改质组合技术是未来废塑料化学转化制燃料过程的发展趋势,其今后的研究重点将是开发具有较强酸性和有利于大分子扩散与传质性能孔道结构的分子筛催化剂。     

烃类选择氧化过程中自由基的调控策略与工业氧化应用研究进展

催化烃类氧化是提供合成树脂、合成纤维和合成橡胶等大宗化学品以及各类精细化学品的基本工艺,在化学工业中具有重要的地位。目前工业上的烃类氧化工艺普遍需要高温高压条件,苛刻条件可以使氧气活化及碳氢键断裂产生自由基。本文从均相催化、非均相催化、仿生催化等方面对近年来催化氧化反应的研究进展进行了回顾,梳理了催化氧化中的自由基机理。总结了仿生催化体系中自由基稳定性和定向性调控机制等方面的研究现状,提出了高效催化剂的设计、自由基的传递及调控机制等方面将是催化氧化领域的重要研究方向。