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。     

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。     

生物质制备生物油裂解反应器研究进展

生物质热裂解是生物质在隔绝空气的条件下,快速加热裂解,裂解蒸汽经快速冷却制得棕褐色液体产物。将生物质热解生成生物油,不仅便于运输和储存,而且还可以作为生产化工产品的原料。主要介绍了国内外生物质纤维素裂解制备生物油工艺、裂解反应器的特点等。就我国目前的技术,建议开发高效裂解工艺、新型高效反应器、研究反应机理以及开发高效催化剂等,从而降低生物质裂解油成本。     

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。     

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。     

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。     

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。     

低温煤热解焦油产率和品质影响因素研究

煤焦油是低温煤热解技术的主要产物,是重要的化工原料,其产率和品质是评价煤热解工艺的重要指标。从原煤性质(煤种和煤粒径)、热解反应器结构形式及热解工艺条件(原煤预处理、热解温度、压力、升温速率、停留时间、热解气氛及催化剂)等方面综合分析了煤热解焦油产率和品质的影响因素,认为通过优选煤种和热解反应器,对煤样进行适当预处理,选择合适的工艺操作条件和引入加氢催化热解等有助于提高焦油产率和品质。     

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。     

Stability of nickel-containing catalysts for hydrodeoxygenation of biomass pyrolysis products

Heterogeneous catalysts for the hydrotreatment (hydrodeoxygenation) of biomass fast pyrolysis products (bio-oil) for the production of fuel hydrocarbons are considered. Hydrodeoxygenation catalysts are conventionally divided into three groups: catalysts based on noble metals, sulfided catalysts for desulfurization, and non-sulfided catalysts based on supported transition metals. The main emphasis in this work is on nickel-based non-sulfided catalytic systems as the ones most promising for the hydrotreatment of feedstocks with low content of sulfur. In light of specific features of bio-oil (high acidity and viscosity, low thermal stability), requirements are formulated that must be met in developing hydrodeoxygenation catalysts and processes based on them, especially specifications for the stability of catalysts of this type and their ability for multiple regeneration.     

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。     

Evaluation of various types of Al-MCM-41 materials as catalysts in biomass pyrolysis for the production of bio-fuels and chemicals

MCM-41, is one of the latest members of the mesoporous family of materials. They possess a hexagonal array of uniform mesopores (1.4–10 nm), high surface areas (>1000 m²/g) and moderate acidity. Due to these properties the MCM-41 materials are currently under study in a variety of processes as catalysts or catalyst supports. The objective of this study was to evaluate different types of MCM-41 materials as potential catalysts in the catalytic biomass pyrolysis process. We expected that the very high pore size and the mild acidity of these materials could be beneficial to reformulate the high molecular weight primary molecules from biomass pyrolysis producing useful chemical (and especially phenolic compounds) and lighter bio-oil with less heavy molecules. Three different samples of Al-MCM-41 materials (with different Si/Al ratio) and three metal containing mesoporous samples (Cu–Al-MCM-41, Fe–Al-MCM-41 and Zn–Al-MCM-41) have been synthesised, characterized and tested as catalysts in the biomass catalytic pyrolysis process using a fixed bed pyrolysis combined with a fixed catalytic reactor and two different types of biomass feeds. Compared to conventional (non-catalytic) pyrolysis, it was found that the presence of the MCM-41 material alters significantly the quality of the pyrolysis products. All catalysts were found to increase the amount of phenolic compounds, which are very important in the chemical (adhesives) industry. A low Si/Al ratio was found to have a positive effect on product yields and composition. Fe–Al-MCM-41 and Cu–Al-MCM-41 are the best metal-containing catalysts in terms of phenols production. The presence of the Al-MCM-41 material was also found to decrease the fraction of undesirable oxygenated compounds in the bio-oil produced, which is an indication that the bio-oil produced is more stable.     

Recent research progress on bio-oil conversion into bio-fuels and raw chemicals: a review

Recent advances in lignocellulosic biomass valorization for producing fuels and commodities (olefins and BTX aromatics) are gathered in this paper, with a focus on the conversion of bio-oil (produced by fast pyrolysis of biomass). The main valorization routes are: (i) conditioning of bio-oil (by esterification, aldol condensation, ketonization, in situ cracking, and mild hydrodeoxygenation) for its use as a fuel or stable raw material for further catalytic processing; (ii) production of fuels by deep hydrodeoxygenation; (iii) ex situ catalytic cracking (in line) of the volatiles produced in biomass pyrolysis, aimed at the selective production of olefins and aromatics; (iv) cracking of raw bio-oil in units designed with specific objectives concerning selectivity; and (v) processing in fluidized bed catalytic cracking (FCC) units. This review deals with the technological evolution of these routes, in terms of catalysts, reaction conditions, reactors, and product yields. A study has been carried out on the current state-of-knowledge of the technological capacity, advantages and disadvantages of the different routes, as well as on the prospects for the implementation of each route within the scope of the Sustainable Refinery. © 2018 Society of Chemical Industry     

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。