预处理生物质催化热解制取生物油的研究进展

总结了常见的生物质预处理方法,分析了不同催化剂的添加对生物油特性的影响,最后讨论将生物质预处理和催化热解联合作用对热解过程及产物的影响。认为合理的生物质预处理方法能改善生物油的品质,应结合生物质原料特性"因材施教";同时应深入探究催化剂在热解过程中的作用机理,从而选择最佳的预处理方法和催化剂进行联合热解,达到优化生物油特性的目的。     

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。     

预处理法提高生物质热解产物品质的研究进展

生物质水分含量高、能量密度低、储存运输成本高等缺点制约着其转化利用。预处理技术是提高生物质热解产物品质的有效方法之一。为了研究高效经济的预处理技术,本文总结了国内外生物质预处理技术的研究,对干燥法、稀酸法、水热法、烘焙法和生物法等预处理技术进行了重点分析,发现干燥法和烘焙法等技术极具潜力,但是目前的研究仍存在不足,今后还需研究成本低、产率高、污染小的预处理技术,并对预处理技术的发展提出了建议。     

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。     

生物质热解反应装置研究现状及展望

生物质热解是实现生物质能源化利用的重要途径,对解决日益严重的能源问题有着重要意义。着重介绍了几种典型的生物质热解反应器的研究现状,并列举了近期开发出的几种新型热解反应装置,总结了不同种类的热解反应器的工作原理及各自优缺点和适用情况。对催化热解和生物质原料预处理及反应器进行了综述,指出开发新型高效、高活性热解催化剂和加大对原料预处理技术的基础理论探索力度是未来生物质热解研究的发展方向。     

生物质选择性催化热解制备芳香烃的研究进展

芳香烃是一种重要的化工原料,生物质常规热解难以形成大量的芳香烃,但在催化热解条件下可显著提高芳香烃的产率,由此可望提供一种新型的芳香烃制备方法。首先阐述了生物质催化热解生成芳香烃的机理,包括综纤维素经解聚、开环和芳构化等反应生成芳香烃;木质素由小分子酚类生成芳香烃。随后讨论了原料、催化剂、预处理及工艺条件等因素对生物质选择性催化热解生成芳香烃的影响,并提出了生物质热解制备芳香烃工艺参数优化方案。     

生物质热解和气化制取富氢气体的研究现状

随着世界能源和环境问题的发展,洁净的氢能源成为备受关注的新能源。目前,生物质热化学法作为制取富氢气体的有效方法而被广泛研究。本文系统地介绍了国内外通过生物质热解和气化制取富氢气体的研究现状,包括热解气化工艺、物料特性、热源类型、反应条件、气化剂及催化剂等对制取富氢气体的影响。重点介绍了不同类型催化剂在生物质热解和气化反应中的应用,以及催化剂在制取富氢气体方面的优势及其作用机理。提出生物质热解和气化制取富氢气体所面临的主要问题是寻求既高效又寿命长的新型或混合型催化剂,或者从工艺、反应器的改进入手,改善催化剂的催化环境,从而解决其失效问题。     

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。     

生物质预处理制成型燃料研究进展

生物质能具有CO_2零排放、普遍易得、价格低廉等优势。生物质成型处理有利于其远距离运输与长时间储存。但是,生物质细胞壁高分子聚合物形成了物理和化学抗降解屏障,严重阻碍了生物质成型燃料品质的提高,因此,采用预处理技术是实现生物质能源高效利用的必要手段。目前,生物质预处理技术主要分为物理法、物理-化学法、化学法和生物法四大类。由于各种预处理技术对生物质化学组分占比以及结构的影响不同,预处理后的生物质成型燃料所体现出的物理性质和燃烧特性各有特点。本文介绍了生物质原料中的纤维素、半纤维素以及木质素等主要化学成分的结构特点及其对成型过程的影响,并从提升生物质成型燃料的物理性质和燃烧特性角度总结了蒸汽爆破预处理、低温热解预处理及水热预处理3种预处理技术的研究进展。总体而言,水热预处理技术使处理后生物质成型燃料在燃烧热值、能量密度、耐久度以及机械强度等各方面性能得以全面提升,但是水热预处理成本较高且对环境有影响。未来生物质成型燃料预处理技术的研究方向应从平衡生物质燃料品质与预处理成本之间的关系、减少污染物排放、预处理过程流程配置差异性集成和精确工艺参数匹配等方面为基础,开发适于规模化灵活生产的节能高效生物质预处理技术。上海理工大学碳基燃料洁净转化实验室利用水热预处理技术制备高机械强度生物质成型燃料及成型炭燃料,并获得过程副产物——木醋液,开发了多产品、环境友好的生物质综合利用技术。     

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。     

生物质与煤共热解研究现状

综述了近年来国内外煤与生物质共热解的研究现状。当生物质与煤共热解过程中存在协同反应时,能够将生物质中的氢有效地转移到煤热解过程中,改善煤热解过程中产物的性质,提高煤的热解效率。后续对生物质与煤共热解的研究可以考虑适当的方法,如添加合适的催化剂等来促进协同反应的发生。     

纤维素典型热解产物生成机理研究进展

利用生物质热解来生产液体燃料和高价值化学品受到广泛的关注,对生物质组分热解机理的研究有助于对生物质热解规律的理解和对热解过程的调控。对纤维素热解及其典型热解产物如脱水糖类、呋喃类以及小分子化合物等的生成机理进行综述,并指出后续的研究应该选用合适的模化物;为实现纤维素的高值化利用,还应对纤维素在不同类型催化剂作用下的催化热解机理进行研究。     

生物质微波热解制备液体燃料和化学品的研究进展

微波热解是一种高效的生物质转化利用技术,具有独特的热效应和非热效应,可将生物质转化为液体燃料和化学品,能有效缓解能源压力,减少环境污染。本文着重探讨了生物质原料特性、微波吸收剂、催化剂对生物质微波热解制备高品质液体燃料和化学品的影响。原料特性的影响主要从生物质的水分含量、灰分含量和有效氢碳比三方面展开论述,催化剂包括金属盐、金属氧化物、ZSM-5、微波驱动型催化剂以及其他一些催化剂,如HY、MCM-41和碳基催化剂等。简述了生物质的微波热解特性、液体燃料的组成以及转化机理,并对现存的热解机理复杂、产物复杂不稳定、目标产物选择性差、催化剂易结焦失活、重复性差等问题进行了分析,展望了未来的发展方向,以期为生物质的高效转化利用提供依据。     

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。     

共热解过程中煤与生物质相互作用的研究进展

煤炭与生物质共热解是实现煤炭高效清洁利用的重要途径之一。共热解可改善煤炭单独热解产生的污染问题和生物质单独利用时能源密度低、季节性供应不平衡的问题,不仅能提高煤炭转化效率,还能获得更高品质油品。本文从煤与生物质共热解的影响因素、研究方法和共热解过程中组分间相互作用等方面出发,对近期国内外煤与生物质共热解的研究进行综述。总结了生物质种类、热解工艺参数和热解反应器的类型对煤与生物质共热解过程的影响规律以及煤与生物质在共热解过程中的相互作用过程,即半焦与挥发分间的相互作用、挥发分间的相互作用、生物质中碱金属对共热解的催化作用,并针对如何进一步认识煤与生物质相互作用机理、提高共热解效率等问题和发展方向作了展望。     

煤与生物质的共热解液化研究进展

煤与生物质共热解液化将是燃料与化学品重要的转化技术之一。本文从共热解液化机理、共热解液化反应动力学、煤与生物质的协同作用、催化剂、共热解液化工艺、共热解液化产物等方面对煤与生物质共热解液化研究进展进行了综述,指出煤与生物质的快速共热解液化将是重要的发展方向,催化剂的应用和液化产物的精制将对提升液化油的品位和降低成本,对实现共液化油替代现行石化液体油具有更重要的意义。     

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。     

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。