生物质催化热解制备左旋葡萄糖酮的研究进展

左旋葡萄糖酮是一种重要的手性合成子,催化热解生物质制备左旋葡萄糖酮具有经济、环保等特点,是生物质资源开发与利用的又一新平台。本文综述了催化热解生物质制备左旋葡萄糖酮催化剂的研究现状,着重介绍了无机酸、固体酸、固体超强酸、氯化物等催化剂对热解制备左旋葡萄糖酮的影响。阐述了各催化剂的优势与局限性：无机酸催化剂价格低廉、催化效率高,但原料预处理复杂、易腐蚀设备且难以回收;固体酸催化剂腐蚀性较小,易于分离回收,但催化效果较弱;固体超强酸催化效果良好且易于回收利用,但制备过程较为复杂;氯化物催化剂价格便宜、易于获得,但催化效果不佳。开发安全高效、绿色环保、可回收利用的催化剂是今后热解制备左旋葡萄糖酮的研究热点和难点。     

生物质催化热解特性和动力学研究

利用热分析技术对氮气气氛下不同升温速率下马尾松生物质试样的热解过程和以Na2CO3为催化剂的催化热解过程进行了研究。结果表明,Na2CO3催化剂可使生物质的主要热解区向低温区移动,而最大失重速率减少。根据热重实验数据,运用Popescu法对马尾松热解和催化热解动力学进行了研究。结果表明,Z-L-T方程为热解和催化热解的最概然机理函数,并计算出其相应的热解动力学参数。     

生物质热解碳烟的研究进展

碳烟是燃料不完全燃烧或气化形成的纳米级碳质颗粒,是空气中细颗粒物PM_2.5的主要来源之一,也是仅次于CO₂的温室效应主要贡献源之一。碳烟的生成会降低生物质热转化过程中的能量利用效率以及气化过程中合成气的品质。作为生物质热化学转化过程的初始步骤,热解碳烟的生成特性、形成机理和减排方法对转化过程中碳烟的控制具有指导意义。本文从生物质热解碳烟的取样、排放特性、理化性质、生成机理及减排措施等方面进行了综述。着重介绍了热解碳烟的产率、化学组成、微观样貌、内部结构和反应性等,总结了原料特性及热解工况对碳烟产率和反应性的影响,汇总了当前调控热解碳烟排放的主要措施。指出目前针对生物质热解碳烟前体的形成及演化转变机理仍不明确,热解碳烟的氧化反应机理研究鲜有报道。此外,热解碳烟生成受原料类型和热解工况等诸多因素影响,当前研究多为单因素的影响分析,缺乏针对碳烟排放的多因素耦合优化研究。     

催化热解生物质生成左旋葡聚糖酮的研究进展

左旋葡聚糖酮(LGO)在有机合成领域有巨大的应用价值,快速热解生物质制取左旋葡聚糖酮是生物质能开发与利用的研究热点。目前LGO的应用主要受到其产量的限制:一是没有较好的化学合成方法,二是常规热解生物质得到的产物中左旋葡聚糖酮的含量极低,使得LGO难以大量生产。催化热解可以显著提高左旋葡聚糖酮的产率,目前用于催化热解生物质制取左旋葡聚糖酮的各类催化剂,包括液体酸、固体酸、金属氯化物、离子液体等均取得了一定的成果,但效果差异明显,因此分析了不同催化剂间的优势与劣势,并对以后的工作进行了展望。     

Research progress of catalytic pyrolysis of biomass to yield levoglucosenone

Levoglucosenone (LGO) has great applicable value in the field of organic synthesis. The rapid pyrolysis of biomass to produce LGO is a research hotspot in the development and utilization of biomass energy. The application of LGO is mainly limited by its yield: first, it is difficult to prepare LGO by chemical synthesis, and second, the content of LGO in the products obtained by conventional pyrolysis biomass is extremely low, making LGO challenge to produce in large quantities. Catalytic pyrolysis can significantly increase the yield of LGO. Currently, various catalysts which used to prepare LGO, including liquid acid, solid acid, metal chloride and ionic liquid, have achieved evident results, but the effects are individually different. The difference in catalytic effect of various catalysts are analyzed, and a brief conclusion for the challenge in this topic is provided.     

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。     

Characterization and catalytic gasification of the aqueous by-product from vacuum pyrolysis of biomass

Spruce wood residues were treated in a vacuum pyrolysis Process Development Unit with a throughput capacity of 28 kg/h. Two aqueous phase condensate samples with COD concentration varying between 190 and 255 g/L were produced and sequentially extracted with dichloromethane and ethylacetate solvents. The soluble organic matter was composed of acidic, phenolic, alcoholic and ketonic compounds. The insoluble fraction was sequentially distilled at 100 and 110°C under atmospheric pressure. Mainly water was recovered in the first distillate, while the second distillate contained 30.4% formic and acetic acids, 69.4% water and 0.2% residual organic compounds. The distillation residue was rich in oxygen and was essentially insoluble in any organic solvent. The two aqueous phase pyroligneous samples were treated in Bat-telle's Thermochemical Environmental Energy System (TEESr?), a registered service mark of Onsite*Ofsite, Inc. of Duarte, California, U.S.A. The results of the tests showed that similar results were obtained with either feedstock. In batch tests a COD reduction of 99% was achieved. The product gas composition was typically about 49% methane, 5% hydrogen, 1 % ethane and 45% carbon dioxide. Tests in a continuous stirred-tank reactor produced reproducible data which can be used for process scale-up. Catalyst lifetime was identified as needing further improvement. The preliminary results demonstrated the technical feasibility of the catalytic gasification process as a useful step in the recovery of energy from the secondary condensate stream and the cleanup of the by-product water from vacuum pyrolysis of wood.     

生物质炭化热解气催化重整制取费-托合成气研究进展

生物质热解气是一种高热值的可燃气体,具有重要的开发利用价值,但由于其复杂的组分,多焦油和CO₂、CH₄等成分对热解气化过程以及相关的设备都有较大的危害,而冷凝下来形成的黏稠液体易造成管道堵塞,直接燃用产生的炭黑会造成环境污染,成为制约热解气进一步开发利用的主要因素。本文分析了热解气催化重整制取费-托合成气的可行性,分别介绍了连续和分段式热解-催化重整设备,镍基、钙基、铁基、碱金属类、生物炭等催化剂,以及热解气分离提纯技术等方面的研究现状,分析了目前热解气制取费-托合成气研究中存在的催化重整设备规格不统一、缺乏相关的行业标准、不同催化剂与催化剂助剂的催化重整效果、机理尚不明确等问题,并提出了采用分段式热解-催化重整设备,并以炭化产品生物炭作为催化重整催化剂的未来研究方向,开辟了生物质炭化热解气开发利用的新途径。     

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。     

Catalytic cracking of tar in biomass pyrolysis gas in the presence of calcined dolomite

The possibility of decreasing the content of tar in the fuel gas obtained by biomass pyrolysis has been studied. Catalytic cracking of the tar in presence of dolomite was used. Dolomite showed a high catalytic activity. The overall effect of the dolomite is to increase the gas yield by decreasing the tar yield. The dolomite and the steam used seem to affect the amount of naphthalene produced. By adjusting both the amounts of catalyst and steam, we were able to decrease significantly naphthalene (13 mg/kg dry substance biomass) and amount of tar (164 mg/kg dry substance biomass).     

催化型多孔陶瓷球制备及催化玉米秸秆热解

针对生物质热解液化过程中生物油品质差的问题,本文以陶瓷球作热载体为研究基础,制备了5种负载金属氧化物（ZnO、NiO、CeO₂、Cr₂O₃、Fe₂O₃）的多孔陶瓷球,在固定床反应器上研究多孔陶瓷球催化剂对玉米秸秆热解过程的催化效果。结果表明：多孔陶瓷球基体在热解过程中有一定催化活性,经浸渍改性处理后,都能促进生物油产率的提高,其中Ni基多孔陶瓷球热解的产率高达41.62%。多孔陶瓷球负载的5种金属氧化物可促使生物油中酚类、呋喃类物质的含量明显增加,酸类物质的含量明显降低,且种类减少,其中CeO₂降酸效果显著,降低幅度为37.15%。此外,催化型多孔陶瓷球的引入促进了不可冷凝气中C _n H _m （n≥2）的生成,烯烃类中乙烯的增长幅度最大,为50.53%,同时生物炭的理化特性在一定程度上得到改善和提高。     

生物质热解催化剂失活的研究进展

生物质催化热解是实现生物质能源高效、高值化利用的有效手段。综述生物质催化热解过程中催化剂失活的过程及原因,从生物质热解催化剂的积炭失活、原料杂质的影响、催化剂的水热失活和负载型催化剂金属颗粒的烧结等进行阐述。对生物质热解催化剂的研究重点与方向进行展望。     

生物质微波催化热解制备高值产品的研究进展

生物质微波热解具有反应速率快、能量利用率高等优点,但存在产物选择性不高、品质较低等问题,结合催化剂使用,具有制备高值产品的应用潜力。本文对生物质微波催化热解的研究进展进行了综述,介绍了微波催化热解的机理、反应体系、热解产物等对制备高附加值产品的影响。简述了微波催化热解的机理,从原料、微波吸收剂、催化剂三个方面对微波催化热解体系进行讨论,介绍了不同种类原料对产物产率的差异、不同催化剂对于产物选择性的区别。分析了不同提高产物产率和选择性的方法,指出优化和改善催化剂特性使其具备复合功能、开发大型微波反应器、产物定向富集和转化是目前仍需解决的问题。为生产富烃生物油、高性能生物炭等产品,进而推广到工业应用提供参考。     

Kinetic modelling of the pyrolysis of biomass and biomass components

The kinetics of the pyrolysis of lignocellulosic materials was studied with a view of providing simple kinetic models for engineering purposes. Experimental data obtained by means of thermal analysis techniques suggest that the pyrolysis of fine particles (below 1 mm) can be considered to be controlled by pyrolysis kinetics. The rate of pyrolysis of one biomass type can be represented by the sum of the corresponding rates of the main biomass components (cellulose, lignin, hemicellulose). The kinetics of each of these components was simulated by a kinetic scheme capable of predicting the pyrolysis rate and the final weight-loss for a wide range of pyrolysis parameters including various heating conditions.     

Heating value of biomass and biomass pyrolysis products

Studies conducted on the heating value of various types of biomass components and their pyrolysis products such as char, liquids and gases are presented. Heating values of chars are comparable with those of lignite and coke; heating values of liquids are comparable with those of oxygenated fuels such as methanol and ethanol, which are much lower than those of petroleum fuels. Heating values of gases are comparable with those of producer gas or coal gas and are much lower than that of natural gas. It is also found that the heating values of products are functions of the initial composition of biomass; correlations are developed to express these. Also, correlations are developed which explain the influence of ash elements on heating values of the pyrolysis products and on percentage distribution of energy in the products.     

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。     

锯末快速热解气的在线催化裂解

采用Py-GC/MS装置对锯末进行快速热解并对热解气进行在线检测,研究了HZSM-5分子筛和SBA-15介孔催化剂对热解气进行在线催化裂解的效果。结果表明,热解气经HZSM-5催化裂解后,乙酸、羟基乙醛、呋喃类以及酚类物质的产率都大幅降低,同时形成了大量的芳香烃产物,主要是甲苯和二甲苯;而热解气经SBA-15催化裂解后,乙酸产率降低、羟基乙醛产率稍有降低、呋喃类和酚类物质的产率增加,只检测到了极少的烃类产物。由此可知,这两种催化剂对热解气有着不同的催化裂解效果：HZSM-5具有较好的催化脱氧功效;而SBA-15则基本不具有催化脱氧形成烃类产物的能力,但其介孔结构能够允许生物质裂解过程中形成的分子较大的低聚物进入其中并发生二次裂解,从而形成小分子产物。     

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。     

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。     

生物质热裂解动力学研究进展

本文综述了生物质热裂解的动力学模型现状,比较了生物质及其主要组分的裂解动力学.从中得出多组分和双组分动力学模型对开发生物质高效燃油和气化技术有着重要的工程实用价值.