生物质与废塑料催化热解制芳烃(Ⅰ):协同作用的强化

采用两段式固定床对比研究了纤维素与高密度聚乙烯（HDPE）的单独物料催化热解、混合物催化热解和分段催化热解,对热解产物分布、目标产物产率及选择性以及催化剂积炭量等参数进行考察,拟从模型化合物水平探索生物质与塑料催化热解制芳烃过程强化协同作用的可能性。结果表明,纤维素与HDPE的共催化热解（混合和分段催化热解）对芳烃的形成具有协同作用,且分段催化热解较混合催化热解表现出更显著的协同作用,可获得更高的芳烃产率及选择性,提高纤维素热解转化率并降低催化剂的积炭,其协同作用符合"双烯合成"反应理论。并结合HDPE催化热解验证实验对分段催化热解制芳烃过程协同作用的强化机理进行阐述。     

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。     

硼掺杂活性炭催化生物质与塑料共热解制芳烃

活性炭（AC）由于其发达的孔隙结构和官能团,被用作生物质和塑料催化裂解的催化剂或催化剂载体。然而,AC催化剂的催化活性较低,需对其进行改性处理以提高催化性能。本文利用固定床反应器探究了掺硼活性炭（BAC）催化剂催化玉米秸秆和高密度聚乙烯共热解过程中硼掺杂量、催化剂/原料质量比、共热解温度对产物产率及分布的影响规律。采用BET、FT-IR、NH₃-TPD测试了AC与BAC催化剂的比表面积、孔容、表面官能团及酸性等性能,并采用XRD和XPS对BAC使用前后硼的晶体结构和存在形态进行了表征。结果表明,随着硼掺杂量的增加,BAC催化剂的比表面积和孔径逐渐降低,表面官能团无明显变化,而强弱酸量显著增加。使用后的BAC催化剂中硼主要以B—O键的形式存在,BC₃衍射峰消失,出现了B—C弱衍射峰。随着硼掺杂质量分数从0.5%增至3.0%,单环芳烃的含量先升高后降低,而多环芳烃的含量呈现出与单环芳烃相反的变化趋势。当硼掺杂量为1.0%、共热解温度为600℃和BAC催化剂/原料质量比为1.25时,单环芳烃含量达到最大值44.18%,此时多环芳烃的含量为19.75%。此外,硼的存在能有效抑制焦炭沉积,提高催化剂的寿命。     

多级孔HZSM-5分子筛催化快速热解生物质制芳烃

采用酸和/或碱处理法制备了一系列多级孔HZSM-5分子筛,采用XRD、N2吸附、XRF、TEM、27Al MAS NMR和NH3-TPD等表征手段对其孔道结构和酸性进行表征。表征结果表明,采用碱处理方法,可获得孔径集中于3～6 nm的介孔结构,通过改变酸、碱处理次序,可调变酸中心数量和强酸/总酸中心比例。在Py-GC/MS装置上,以纤维素和水稻秸秆为原料,研究多级孔分子筛结构对催化快速热解(CFP)制芳烃反应的影响。反应评价结果表明,同商品级HZSM-5相比,采用先碱后酸处理获得的多级孔HZSM-5分子筛(HZ-OH/H),可将纤维素CFP芳烃碳产率由32.3%提高至43.6%,可将水稻秸秆CFP芳烃碳产率由23.0%提高至30.8%。多级孔HZ-OH/H分子筛的孔道结构和酸中心分布特征,对开发应用于生物质制芳烃的高效工业催化剂具有借鉴意义。     

生物质三组分与低密度聚乙烯共催化热解制取轻质芳烃的协同作用机理

生物质与废塑料共催化快速热解是制取轻质芳烃的重要途径。 采用不同种类的分子筛催化剂,首先研究了分子筛种类对杨木、生物质三组分和低密度聚乙烯（LDPE）单独催化快速热解轻质芳烃产率的影响,其次研究了生物质三组分与LDPE在共催化热解过程中的协同作用机理。结果表明：在杨木、生物质三组分和LDPE单独催化快速热解时,HZSM-5（25）催化剂体现出最高的轻质芳烃产率;在杨木和LDPE共催化快速热解时,随着LDPE质量的增加,轻质芳烃的产率呈先升高后降低趋势;在生物质三组分和LDPE共催化快速热解时,纤维素和半纤维素热解的呋喃类中间产物与LDPE热解的轻烯烃中间产物易发生“双烯合成”反应,表现出较强的协同催化作用,促进轻质芳烃的生成,而木质素则抑制轻质芳烃生成。     

生物质与煤共燃研究(Ⅰ)生物质的低温热解

介绍了生物质与煤共燃的研究流程及其主要的研究方法，通过对三种主要农业剩余生物质（锯屑，谷壳和花生壳）热解过程中的失重率变化，物理性质变化，工业分析变化，元素分析变化和发热量变化的研究发现，三种生物质在热解温度220℃-300℃，热解时间30min-60min下进行低温热解时，热解过程主要受热解温度控制，受热解时间控制较弱，随热解温度升高，热解时间延长，生物质的热失重率逐渐升高，生物质逐渐变得易于研磨。在工业分析上挥发分逐渐减少，固定碳及灰分不断提高，水分含量大幅下降；在元素分析上O元素的含量不断下降，C元素的含量不断上升，从而发热量不断增加，研究表明，当热解温度为270℃-300℃时，热解生物质的各项性质可与煤接近。     

煤与生物质共热解的协同作用研究进展

作为洁净的可再生能源,生物质的合理利用可以有效地解决能源短缺和环境污染问题.生物质与煤的共热解是生物质利用的重要途径.生物质与煤在共热解过程中的相互作用机制是研究的重要课题.对近年来生物质和煤的共热解研究中是否具有协同作用进行了综述,为生物质与煤的共热解应用提供参考和依据.     

废塑料催化热解催化剂的进展

塑料的高消耗量和不可生物降解性,导致其对环境具有潜在的危害。与传统的废塑料处理回收方法相比,催化热解法在较低温度下可得到高品质热解油。基于常用的催化剂类型,从孔结构、酸碱度、比表面积等角度阐述了不同催化剂种类废塑料的催化热解性能;基于聚烯烃的空间结构的差异,分析聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)的催化热解机理;根据不同聚烯烃的特性,重点综述了近年来国内外常用的废塑料催化热解催化剂,基于不同催化剂酸碱性、孔结构等影响因素进行分析,从液体收率、单体选择性评价了催化剂的催化性能,提出未来研究应致力于混合废塑料催化热解催化剂的开发和利用。     

生物质与催化裂化油浆共热解协同作用研究

基于生物质焦油氧含量高、品质差的缺陷,本文提出将生物质与重油共转化利用的方法。以催化裂化油浆（FCC）、稻壳（RH）、木屑（PS）为原料,通过低温固定床热解实验对其共热解产物分布进行了研究。结果表明,在FCC的供氢作用下,共热解有利于焦油中含氧化合物的脱除,随着生物质比例增加,反应过程中脱羧基、脱羰基反应减弱,脱羟基反应增强,产物中CO、CO₂产率较计算值增加幅度减小,水的产率较计算值逐渐增大。焦油中烃类物质增加,其中芳香烃以二元环和四元环增加为主,脂肪烃中以C₁₃~C₂₀增加为主。整体上,共热解过程促进了半焦产率的增加,焦油产率虽无明显改变但品质得到了显著提升。     

生物质与催化裂化油浆共热解协同作用研究

基于生物质焦油氧含量高、品质差的缺陷,本文提出将生物质与重油共转化利用的方法。以催化裂化油浆（FCC）、稻壳（RH）、木屑（PS）为原料,通过低温固定床热解实验对其共热解产物分布进行了研究。结果表明,在FCC的供氢作用下,共热解有利于焦油中含氧化合物的脱除,随着生物质比例增加,反应过程中脱羧基、脱羰基反应减弱,脱羟基反应增强,产物中CO、CO₂产率较计算值增加幅度减小,水的产率较计算值逐渐增大。焦油中烃类物质增加,其中芳香烃以二元环和四元环增加为主,脂肪烃中以C₁₃~C₂₀增加为主。整体上,共热解过程促进了半焦产率的增加,焦油产率虽无明显改变但品质得到了显著提升。     

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。     

蒙脱石的催化生物质热解特性

以纤维素和橡树叶为研究对象,探索了蒙脱石催化作用下热解产物的变化规律及机理.结果表明:蒙脱石负载促进纤维素向β-消除路径转化,导致活化能增加、DTG(微商热重分析曲线)峰值温度升高和热解速率降低,而对橡树叶的热解过程影响较小;蒙脱石可催化热解液体的2次裂解,使液体产率降低,气体产率增加,而对固体产物产率的影响较小,其中...     

生物质制芳烃技术进展与发展前景

对目前利用生物质生产芳烃几种路线以及研究进展进行评述。介绍了前景较好的代表性工艺,如：Anellotech公司开发的生物质热解制芳烃（Bio-AromaticsTM）工艺、Virent公司开发的生物基氢解糖类经过催化转化制PX（Bio-FormingTM）工艺以及Gevo公司开发的生物质异丁醇制芳烃工艺,并详细分析了各工艺的原料来源、工艺流程、工艺条件等特点。分析几种生物质芳烃工艺生产成本,并对照传统石脑油裂解重整制芳烃生产成本,分析各工艺经济性后,得出结论：Anellotech公司开发的生物质热解制芳烃工艺经济性成本与经济性最佳。在此基础上,提出今后生物质制芳烃的研究应当以提高原料利用效率、增加芳烃产率和选择性为重点,开发适合生物质转化反应的催化剂和反应器。     

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。     

生物质与供氢甲醇共催化热解耦合集成优化制备芳烃的研究

为了提高目标产物的产率以及选择性,以HZSM-5介孔分子筛为催化剂,采用高有效氢碳比化合物——甲醇与生物质进行催化共热解,探讨热解温度、催化温度、有效氢碳比以及醇的种类对芳烃的产率、选择性以及催化剂的抗积碳性能的影响。结果表明,芳烃的产率以及选择性随着生物质与供氢试剂共催化热解时有效氢碳比的增加而显著增加,尤其是二甲苯的选择性,二者之间存在协同效应,当热解温度为400℃,催化温度550℃,甲醇的进样量为2 mL/min,氮气流速为200 mL/min时,其苯及其同系物等芳烃含量达到81.34%,单环芳烃(S_(BTXE))含量达到71.75%,而二甲苯的选择性达到40.81%,同时,供氢甲醇的添加提高了催化剂的抗结焦能力,使其石墨化焦炭含量增加。     

生物质与供氢甲醇共催化热解耦合集成优化制备芳烃的研究

为了提高目标产物的产率以及选择性,以HZSM-5介孔分子筛为催化剂,采用高有效氢碳比化合物——甲醇与生物质进行催化共热解,探讨热解温度、催化温度、有效氢碳比以及醇的种类对芳烃的产率、选择性以及催化剂的抗积碳性能的影响。结果表明,芳烃的产率以及选择性随着生物质与供氢试剂共催化热解时有效氢碳比的增加而显著增加,尤其是二甲苯的选择性,二者之间存在协同效应,当热解温度为400℃,催化温度550℃,甲醇的进样量为2 mL/min,氮气流速为200 mL/min时,其苯及其同系物等芳烃含量达到81.34%,单环芳烃(S_(BTXE))含量达到71.75%,而二甲苯的选择性达到40.81%,同时,供氢甲醇的添加提高了催化剂的抗结焦能力,使其石墨化焦炭含量增加。     

生物质与塑料催化共热解技术研究进展

生物质是唯一一种可再生碳源,其高效利用是解决能源与环境问题的纽带。近年来,基于化石能源的塑料制品使用和废弃量快速增加,其难于自然降解,对环境造成严重威胁。生物质与塑料的催化共热解技术能够得到选择性更高的产品,进而提升高附加值产物的产率和品质,是生物质与塑料规模化利用的重要方向。本文从生物质与塑料高效转化的角度出发,梳理了生物质与塑料催化共热解技术研究进展,对生物质与塑料共热解机理、ZSM-5基催化剂共热解、过渡金属基催化剂共热解、碱/碱土金属催化剂共热解、多催化剂共热解等不同种类的催化共热解研究前沿进行了综述,并对比了原位催化和非原位催化的共热解方式,展望了生物质与塑料催化共热解的主要技术和发展方向,以期为生物质与塑料的高效协同转化提供方法参考和研究思路。     

生物质快速催化热解制氢的研究

在自制的固定床反应器上以水葫芦为原料进行快速催化热解制氢研究,考察了反应温度及4种催化剂（NaCl、Na2CO3、KOH和分子筛HZSM-5）在不同反应温度下对热解气产率、气体成分及Hz产率的影响。结果表明：无催化剂条件下,随着反应温度的升高．热解气产率、H2的体积分数及产率上升;催化剂的添加能够改变热解气中各成分的含量。除Na2CO3外,在其它3种催化剂作用下．H2的体积分数显著提高．CO2的体积分数显著下降．CO的体积分数有所下降。CH4的体积分数有所提高;另一方面,升高反应温度有助于提高催化剂的催化效果,不同催化剂的催化热解效果并不相同,其中NaCl、分子筛HZSM-5和KOH均能提高H2产率．达到催化热解制氢的目的,而Na2CO3的催化效果并不明显。     

废塑料催化裂解制燃料的研究进展

介绍了废塑料裂解生成燃料油及燃料气体的发展过程。分析了反应器类型、催化剂的酸性及孔径大小对产物的影响,还发现了石英砂在控制温度及反应时间的突出作用。并对世界上优秀的转化工艺进行了概括总结,为广泛进行废塑料炼制燃料奠定了基础。     

废塑料催化裂解制燃料油的研究

阐述了废塑料催化裂解的工艺过程原理和催化剂在催化裂解过程中的催化原理。并讨论催化剂的成分、酸性、孔隙结构、颗粒大小和催化反应温度对催化剂活性、裂解产物的分布和所得燃料油馏分品质的影响。