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。     

预处理催化法对生物质热解的影响研究进展

叙述了国内外生物质预处理技术和催化剂的选择研究现状,分析了干燥法、粉碎法、酸洗法和烘焙法等一系列预处理技术的优缺点,总结了金属盐、金属氧化物、分子筛等催化剂在生物质热解过程中的应用。认为可以根据不同生物质的基本特性,扬长避短,进行物理、化学、生物预处理方法的交叉式研究,逐步完善预处理方法的作用机理;应先对生物质热解催化剂的作用机理展开全面研究,再配合最佳的催化剂和预处理技术,从而实现预处理技术与催化剂在生物质热解过程中的完美结合。     

微波快速催化热解生物质制备富烃燃油的研究进展

回顾了微波快速催化热解生物质制备富烃生物油的国内外研究现状,重点叙述了有效氢碳比(H/C_(eff))及催化剂对微波快速催化热解生物质制备富烃生物油的影响。指出可通过提高热解原料H/C_(eff)、选择合适催化剂来调节生物油烃类组分;着重介绍了不同H/C_(eff)生物质原料、HZSM-5催化剂等影响因素,并对微波快速催化热解生物质制备富烃生物油进行了展望。     

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。     

生物质预处理技术及其对热解产物的影响综述

总结了国内外各种生物质预处理技术及其对热解产物的影响的研究现状,分析了不同预处理方法的优势及存在的问题,指出微波干燥预处理是一种快捷的生物质干燥方式;脱灰预处理能加快生物质热解速率,并实现糖类组分的富集;而烘焙预处理则能提高生物油的热值。同时介绍了一些新型生物质预处理技术,如离子液体预处理可以减少裂解反应时间,使生物质油产率得到提升;而水热预处理则能使生物油中糖含量（主要是左旋葡聚糖）显著增加。并指出了今后的研究方向为：努力提高各种预处理方法的效率并降低预处理技术的成本;进一步改善现有预处理方法甚至发现新的预处理方法;通过学科交叉探索新的物理化学生物预处理技术;期望原料的预处理可以增加生物油中某些有特殊价值物质的含量或同时得到具有较高利用价值的气液固热解产物。     

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。     

轻质生物油洗涤预处理对棉花秸秆热解的影响

采用轻质生物油对棉花秸秆进行洗涤预处理,研究预处理前后棉花秸秆的热解特性。结果表明,洗涤预处理有效降低了棉秆灰分和金属元素含量,提高了生物油的产率和热值,降低了生物油的含水量,增大了棉秆炭挥发分和固定碳含量。因此,轻质生物油洗涤预处理是一种很好的生物质脱灰方式。     

酸洗-烘焙预处理对生物质热解产物的影响

选用稻壳为原料,进行酸洗-烘焙联合预处理后,于550℃下热解,详细分析了固、液、气热解三相产物,考察酸洗-烘焙联合预处理对稻壳热解产物特性的影响。结果表明联合预处理移除了生物质中大部分碱金属和碱土金属,并且C元素含量增加,H和O元素含量逐渐减小,高位热值增加,因此样品的燃料特性得到了提高;酸洗后,热解生物油收益率显著提高,并随着烘焙温度的升高减小,生物焦则相反;热解产物中,不可凝气中可燃成分含量增加;生物油含水率减少,但是,pH和高位热值明显增加,化学成分中糖类产量增加,酸类、酮类和呋喃类产量减少,生物焦孔隙结构得到发展,比表面积增加,稻壳灰中二氧化硅的相对含量增加,达到98.91%。根据上述实验结果,提出了一种新的稻壳资源综合利用系统。     

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。     

生物质微波热解产生物油的影响因素研究进展

生物质作为可再生资源具有低成本、分布广泛且易得等优点,生物质能的开发利用可有效缓解能源压力,减少环境污染。微波热解技术是生产燃料油和高附加值化学品的有效方法之一,与传统的热解相比,微波热解具有加热速率快、均匀性好、选择性加热、节能与易于控制等优点。在简单分析微波热解产物分布的基础上,详细综述了近年来微波热解生物油产率的影响因素,主要包括热解温度、功率、吸波剂、催化剂、原料预处理、加热时间、原料性质和物料尺寸等因素;最后,总结和展望了微波技术在生物质催化热解制备生物油领域应用中存在的问题、解决途径和发展前景。     

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.     

生物质热解催化剂积炭问题的研究进展

生物质催化热解获得生物油等高质产品是最有前途替代传统化石能源的方法之一,但在热解过程中存在着严重的催化剂失活问题,其中积炭是导致催化剂失活的最主要因素。本文对近年来生物质催化热解领域的催化剂积炭问题进行综述,重点介绍催化剂积炭失活原因及表征方法、积炭的影响因素分析（催化剂结构、催化剂酸性与反应温度）、抑制催化剂积炭的方法 （催化剂改性、高压反应条件等）以及积炭催化剂再生方法 （氧化灼烧再生、臭氧低温再生、非热等离子体再生等）,并介绍了近年来新兴的微波催化热解技术对催化剂积炭的抑制和消除作用,然后针对该领域目前所面临的困难和发展方向进行展望,以期为生物质催化热解过程中催化剂积炭问题研究提供理论基础。     

生物质催化热解技术的研究

我国生物质资源总量丰富,但资源的利用效率并不高。生物质热解是有效利用生物质资源的方式之一,而催化热解则是为了更高效的利用生物质资源。介绍了生物质热解过程的热解特性及动力学特征,并分析不同参数变化对生物质热解过程的控制作用;重点是对催化剂作用的描述,通过分类介绍催化剂的催化特性来阐述生物质催化热解技术的研究。     

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。     

Mo/ZSM-5催化作用下生物质快速热解制生物油实验研究

采用等体积浸渍法制备Mo/ZSM-5催化剂,并应用于生物质快速热解制备生物油。采用Py-GC/MS装置,重点研究了Mo负载量、反应温度、反应时间和催化剂与木粉质量比等参数对生物油产率和组成的影响规律。实验结果表明,与纯木粉热解相比较,ZSM-5和Mo/ZSM-5催化作用下生物油的产率大幅提高;在反应温度为600℃、反应时间为25 s、催化剂与木粉质量比为10/1的条件下,10Mo/ZSM-5催化作用下生物油中芳香烃类化合物的产率和相对含量达到最大值。根据生物油产率和组成的变化,可以得出Mo负载的ZSM-5催化剂强化促进酸类、醛酮类等含氧化合物转化为芳香烃类化合物,有效实现了生物质热解生物油品质的提升。     

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。     

生物质热解油处理工艺优化实验研究

为了提高生物热解油的利用效率,使用固定床反应器开展了生物质热解油催化裂化反应实验,在加入催化剂的条件下,开展了不同类型催化剂、质量空速、反应温度、反应时间以及反应压力对催化裂化各产物产率的影响实验。结果表明：当催化剂类型为分子筛催化剂B、质量空速为3 h^-1、反应温度为400℃、反应时间为4 h以及反应压力为2 MPa时,生物质热解油催化裂化处理效果最好,此时的产油率为45.36%、产炭率为28.94%、产气率为11.32%。生物质热解油催化裂化反应后油相的主要成分以单环芳烃和多环芳烃为主,气相组分中CO和CO₂的含量较高,说明该处理工艺对生物质热解油中的含氧化合物达到了良好的催化裂化处理效果。     

微波对生物质原料预处理及热解的作用研究进展

综述了生物质通过微波裂解转化制备生物燃料的新方法,重点比较了微波干燥预处理与常规干燥方法,分析了微波干燥后的生物质特性、微波作为热源对生物质裂解的影响及微波裂解机理. 对生物质微波裂解未来的发展方向作了预测,包括寻找低耗的生物质原料、高效的催化剂、开发高品位的生物油及对微波裂解的机理进行深入研究.     

NiO/HZSM-5催化松木微波热解制生物油

生物质快速热解制生物油是解决能源短缺的有效途径,通过催化剂的加入可使生物油成分定向转化为系列平台化合物,有助于其高效利用。以松木屑为原料,对其进行热重分析并研究了其热解行为。以NiO/HZSM-5为催化剂,在微波功率为800 W,热解时间为12 min条件下对松木屑快速热解,并对产物进行了计重分析和成分分析。结果表明,NiO/HZSM-5的加入能使生物油产量略有提高。对液相产物的GC-MS分析表明,所用催化剂对松木屑热解具有较好的脱氧效果,有利于平台化合物的定向转化,NiO/HZSM-5在微波加热条件下对生物油的产量及提质具有有效作用。     

生物质热解的最新研究进展

生物质资源是丰富的可再生资源,对其进行研究开发将极大提高生物质能的利用价值。热解技术是生物质能转化的最有效方式之一,通过热解可将生物质转化为高品质清洁能源或高附加值化学品,从而受到越来越多的关注。本文阐述了生物质热解概况,总结了热解温度、升温速率、压力、物料特性(生物质种类、粒径、分子结构等)等工艺条件对生物质热解过程和产物分布特性的影响。介绍了生物油的分离与分析技术,综述了其研究现状、应用领域以及使用过程中存在的主要问题。