炭基催化剂应用于热转化过程的研究进展

生物炭具有环境友好、来源广泛、成本低廉等优点,作为催化剂及催化剂载体被广泛应用于热转化过程,但存在易结焦失活、产物定向调控机理尚不明确等问题。对生物质炭基催化剂应用于热转化过程的研究进行了综述,介绍了生物质炭基催化剂制备、改性(杂原子掺杂和金属负载)方案的研究现状。从常规催化热解、微波辅助热解、焦油脱除、酯化合成运输燃料和水热液化5个方面对炭基催化剂的应用进行讨论,并指出探索催化剂深层次的催化机理以及构建具有多级孔隙结构的炭基催化剂以定向生产高值化学品是未来的研究方向。     

木质素制备生物液体燃料进展

木质素中含有丰富的芳环结构,可以作为可持续再生的原料用于生产高值能源及化工品。但由于木质素结构复杂,现阶段用于制备生物液体燃料仍处于探索阶段。本文首先介绍了木质素通过催化热解、催化氢解、催化氧化3种解聚方式制备生物液体燃料的进展,分析了当前解聚产物存在低碳原子数、高氧含量的不足而导致其难以投入生产使用的现状,指出应通过C—C偶联方法（包括羟醛缩合、烷基化反应、寡聚反应以及Diels-Alder 反应）增加产物碳原子数、使用加氢脱氧（hydrodeoxygenation, HDO）工艺以降低产物氧含量,从而实现由木质素制备高密度生物液体燃料。最后对当前木质素制备高密度燃料所面临的挑战以及未来研究趋势进行了总结与展望,指出构建高效催化体系,耦合解聚、C—C偶联和HDO过程,将是该领域未来研究重点。     

废塑料裂解制燃料的研究进展

介绍了废塑料裂解制燃料的4种方式:热裂解、催化裂解、热解-催化改质和催化热解-催化改质,分析比较了它们各自的优缺点,认为催化技术是制约该领域发展的关键因素.重点阐述了废塑料裂解催化剂和裂解产物改质催化剂在国内外的一些研究进展,对进一步研究和开发废塑料裂解制燃料催化剂提出了一些建议.     

木质素的催化加氢转化

木质素是来源于木质纤维素的一种重要的可再生生物质资源,可用于制备化学品和燃料。由于木质素本身结构的复杂性和稳定性使其难以有效利用。目前大量的制浆和造纸工业的木质素没有得到有效利用,大部分用于燃烧供能,并且造成了一定程度的环境污染。为了保护环境、实现可持续发展,催化转化木质素制备高附加值化学品成为了研究的热点。木质素转化的研究众多,但是进展依然相对缓慢。目前主要的转化方法包括碱催化解聚、酸催化解聚、热化学转化、加氢处理解聚、氧化解聚等。由于加氢处理解聚木质素可以获得低聚木质素、酚类等有价值的化学品和制备烃类燃料,是目前研究的热点和最有效的方法之一。但是,催化剂失活和解聚产物产率不高等依然是需要进一步解决的问题。基于此,梳理了近年来木质素加氢处理主要的催化体系和相关结果,提出了尚待解决的问题,以期为今后建立有效的木质素解聚体系并实现其高值化利用的相关研究提供参考。     

木质素的催化加氢转化

木质素是来源于木质纤维素的一种重要的可再生生物质资源,可用于制备化学品和燃料。由于木质素本身结构的复杂性和稳定性使其难以有效利用。目前大量的制浆和造纸工业的木质素没有得到有效利用,大部分用于燃烧供能,并且造成了一定程度的环境污染。为了保护环境、实现可持续发展,催化转化木质素制备高附加值化学品成为了研究的热点。木质素转化的研究众多,但是进展依然相对缓慢。目前主要的转化方法包括碱催化解聚、酸催化解聚、热化学转化、加氢处理解聚、氧化解聚等。由于加氢处理解聚木质素可以获得低聚木质素、酚类等有价值的化学品和制备烃类燃料,是目前研究的热点和最有效的方法之一。但是,催化剂失活和解聚产物产率不高等依然是需要进一步解决的问题。基于此,梳理了近年来木质素加氢处理主要的催化体系和相关结果,提出了尚待解决的问题,以期为今后建立有效的木质素解聚体系并实现其高值化利用的相关研究提供参考。     

煤直接转化制高品质液体燃料和化学品

介绍了国家重点研发计划项目“低变质煤直接转化制高品质液体燃料和化学品的基础研究”的背景、研究现状以及研究任务与目标。研究工作可望在深入认识低变质煤中矿物特性和弱键合结构以及分子水平反应规律、直接转化过程反应途径、产物调控机制及定向催化转化原理;构建高品质和高产率油气的煤热解新反应器、煤加氢液化富产芳烃新工艺、高性能喷气燃料及化学品制备的高效催化剂以及新技术等方面取得突破,从而完善低变质煤直接转化制取高品质液体燃料及化学品的工艺技术体系。     

木质素结构及其催化转化方法的研究进展

木质素是自然界目前唯一由芳香结构组成的最丰富的可再生能源,其化学结构使得木质素非常适合生产芳香类化合物。目前,对木质素的研究主要集中于利用催化转化方法生产高附加值的化学品和生物油方面。本文介绍了木质素的基本结构及其催化转化制备化学品的方法及研究现状。最后,指出目前催化转化过程中存在的一些问题,并对未来发展进行了展望。     

生物质热解制生物油及其提质研究现状

生物质能源作为可再生能源的重要组成部分,其综合高效利用在能源替代与补充、保护生态环境等方面具有重要的战略意义。生物油是生物质通过热裂解技术获得的液体产物,具有能量密度较高、环境友好、可再生及可直接输送等优点,可替代传统化石燃料推广使用,解决日益严重的能源紧缺与环境污染等问题。生物质热解制油技术的开发与利用,已成为新世纪可持续能源研究领域的重要课题之一。总结了近年来生物质热解制油技术的主要研究进展,重点关注热解反应器、催化热解技术与生物油的提质利用方面的研究,介绍了碱金属、氧化物和分子筛3种生物质热解催化剂,以及乳化、催化加氢、催化裂解、催化酯化和重整制氢5种生物质提质方法,最后对生物质热解技术的现状及发展趋势进行了总结和概括。     

木质素催化解聚的研究进展

木质素是一种芳环结构来源丰富且价格低廉的可再生资源。从木质素出发催化解聚制备单酚类高附加值精细化学品和芳香烃烷烃等高品位生物燃料,可以部分替代以化石燃料为原料的生产过程,是生物质资源全组分高效综合利用的重要组成部分。在木质素催化解聚方法中,催化氢解可以直接将木质素转化为低氧含量的液体燃料,在生物燃料利用方面展现出巨大的潜力。本文详细总结了木质素的催化解聚方法,从催化剂类型、溶剂种类、反应机理及催化剂循环使用性等方面介绍了国内外的主要研究进展,着重阐述了木质素催化氢解方法。最后总结了当前木质素催化解聚过程中存在的难题,并对未来的技术发展提出了建议和展望。     

石油热解过程中自由基调控反应机理的构建与应用

石油热解是生产高品质气液燃料和化学品的重要步骤,不仅涉及非催化过程,也涉及催化过程。石油热解过程反应机理不仅为解析不同类型的热解反应过程、构建反应动力学模型以及定向调控和强化,而且对于工艺条件优化、反应调控和强化、催化剂开发和优化以及反应装备技术开发和强化等均能指明方向和提供依据,但现有热裂解自由基链式反应机理和催化裂化正碳离子反应机理均存在实验现象尚未能合理解释。本文提出了石油热解过程的化学反应主体均由受热离解的自由基主导的观点,创建了石油热解过程自由基调控反应机理,不同热解工艺区别主要在于二次自由基调控,自由基复合产物以及稳定产物形成了特定热解过程的产物分布。按照初始自由基产生、二次自由基调控和自由基复合3个阶段的反应机理,合理解析石油催化裂化过程各种应用现象,有效指导了劣质重油快速催化热解-气化耦合技术和原油直接分级气相毫秒催化裂解制化学品技术的开发,证实了石油热解过程自由基调控反应机理的普适性,为工艺条件优化、反应调控和强化、催化剂优化提升和反应装备技术强化等均能指明方向和提供依据。     

木质素及其模型化合物热解研究进展

木质素是世界第二大可再生生物质资源,实现木质素的资源化、高值化利用对国民经济发展具有重要意义。木质素热解因具有成本低廉、操作简单、可获得高附加值产品等优点受到了学者的广泛关注。本文综述了β-O-4、α-O-4、β-5等木质素模型化合物的热解机理,比较了模型化合物中不同种类连接键断裂的难易程度及生成产物的区别;概述了木质素热解过程的特性、影响因素及产物分布规律,阐述了催化剂对热解过程的影响,尤其是金属盐类和分子筛对热解产物组成的影响规律和催化作用机制,详细介绍了木质素热解制备酚类化学品和生物油的关键控制因素及产品特点;针对现有木质素热解技术存在的机理不明确、目标产物选择性低、产物提纯困难等问题,对探索热解机理、开发新型催化剂及生产工艺、提高经济效益等发展方向进行了展望,为木质素资源化利用提供了理论基础。     

Production of high grade fuels and chemicals from catalytic pyrolysis of biomass

The potential offered by biomass and solid wastes for solving some of the world's energy problems is widely recognised. The energy in biomass may be realised either by direct use as in combustion, or by upgrading into a more valuable and usable fuel such as fuel gas, fuel oil, transport fuel or higher value products for the chemical industry. This paper is concerned with conversion and upgrading by pyrolysis and briefly describes the technologies of fast pyrolysis with particular reference to the use of catalysts in chemicals production and the use of catalytic processes in upgrading the primary pyrolysis products to higher quality and higher value fuels and chemicals. There are natural catalysts in biomass which substantially influence the production of high yielding chemicals. Removal or reinforcement of these catalysts has a dramatic effect on product yield and composition. The pyrolysis vapours can be catalytically cracked over zeolites to give aromatics and other hydrocarbon products which can be further converted into gasoline and diesel and the condensed liquid can be hydrotreated to a naphtha like product also for upgrading into transport fuels. There is, however, considerable uncertainty over the ability of the upgrading technology to be scaled up to commercial feasibility most notably in terms of catalyst performance and life. Considerably more research and development is needed to develop and prove suitable catalyst systems. There is also considerable uncertainty over the cost of upgrading in terms of capital costs, operating costs and performance and some preliminary estimates are included.     

木质素催化热解用催化剂的研究进展

木质素是一种结构复杂、产量丰富但利用率较低的生物质资源,可通过催化热解解聚为高附加值产物,具有广阔的应用前景。本文介绍了催化剂机理研究方法和催化剂作用方式,比较了催化木质素热解常用的分子筛类催化剂、金属氧化物类催化剂和金属盐类催化剂的催化性能、产物收率、产品分布、催化机理及优缺点。文中指出：分子筛类催化剂的脱氧能力强、酸度高,但液体产物收率较低;金属氧化物类催化剂具有液体产物收率较高、热稳定性强等优点,但依赖于催化剂酸碱性的调控;金属盐类催化剂虽高效、价格低廉,但热稳定性差、易失活。同时,本文对木质素催化热解领域提出了展望,未来热解催化剂的研究有待深入和系统化,根据木质素种类和目标产物设计复合型催化剂、核壳型催化剂和多催化剂协同催化是未来热解催化剂发展的趋势。     

生物质能源转化技术与应用(Ⅲ)——生物质热解液体燃料油制备和精制技术

生物质能源是唯一可再生、可替代化石能源转化成气态、液态和固态燃料以及其它化工原料或者产品的碳资源。随着化石资源的枯竭和人类对全球性环境问题的关注,生物质能源替代化石能源利用的研究和开发,已成为国内外众多学者研究和关注的热点。本系列讲座主要讲述以生物质资源为主要原料,通过不同途径转化为洁净的、高品位的气体、液体或固体燃料。本讲主要综述了生物质高压液化、快速热解液化制备液体燃料油技术现状、工艺及设备,并在总结生物质热解液体燃料油特性的基础上,总结了生物热解液体燃料油的物理法精制技术(包括脱水、添加溶剂和乳化)和化学法精制技术(包括催化加氢、催化裂解、催化酯化、水蒸气重整)的研究现状,并对其精制机理、优缺点进行了分析。随着制备和精制技术的深入研究,生物质热解液体燃料油可望替代汽油、柴油等化石燃料而越来越受到人们的关注。     

Lignin Depolymerization and Conversion: A Review of Thermochemical Methods

The structure of lignin suggests that it can be a valuable source of chemicals, particularly phenolics. However, lignin depolymerization with selective bond cleavage is the major challenge for converting it into value‐added chemicals. Pyrolysis (thermolysis), gasification, hydrogenolysis, chemical oxidation, and hydrolysis under supercritical conditions are the major thermochemical methods studied with regard to lignin depolymerization. Pyrolytic oil and syngases are the primary products obtained from pyrolysis and gasification. A significant amount of char is also produced during pyrolysis. Thermal treatment in a hydrogen environment seems very promising for converting lignin to liquid fuel and chemicals like phenols, while oxidation can produce phenolic aldehydes. Reaction severity, solvents, and catalysts are the factors of prime importance that control yield and composition of the product.