两段式固定床芦竹催化热解实验研究

作为一种产量巨大的生物质原料,芦竹热解制取生物油的研究较少.为了探讨其作为热解原料的可行性以及得到高品质的生物油,以HZSM-5为催化剂在两段式固定床反应系统中进行了芦竹催化热解实验,研究了热解温度、催化温度和催化剂床层高度对热解产物分布以及对气体和液体组分的影响.结果表明:热解温度为500,℃时,液体产率达到最大值49.53%,;在催化剂的作用下,液体产物产率明显下降,液体产物中的酸类、醛类、酯类、酮类等含氧物质的含量有所降低,但轻质酚类和芳香烃等物质的含量明显增加.综合催化温度和催化剂床层高度的分析结果来看,催化温度为500,℃、催化剂床层高度为10,cm时,HZSM-5对油相品质的提高效果较为显著.     

氢氧化钡催化蓖麻油酯交换制备生物柴油

以蓖麻油为原料,用氢氧化钡作为非均相碱催化剂,酯交换反应制备生物柴油.比较了氢氧化钡与其他典型催化剂催化的产率,研究了反应醇油摩尔比、催化剂用量和反应时间对生物柴油收率的影响.结果表明,蓖麻油在以氢氧化钡为催化剂的酯交换反应中适宜条件为:醇油摩尔比为6∶1,蓖麻油与催化剂摩尔比为10∶1,反应时间20min,在此条件下生物柴油收率达98.35%.     

澳大利亚小桉树快速热解研究

阐述了西澳小桉树快速热解制油的工作原理,以及温度(350～580℃)、原料粒度(0.18～5.6mm)、原料预处理(碱金属和碱土金属的脱除)对桉树木质部分快速热解产物的产率和生物油性质的影响。在热解反应前,生物质原料经过粉碎和研磨,最终被筛分到几个特定的粒度范围内,部分生物质原料经过水洗和酸洗以脱除其中碱金属和碱土金属(AAEM)。结果表明,热解温度和原料颗粒大小对热解产物的产率影响较大,原料颗粒大小对生物油的水含量起决定作用。实验还发现,在生物油产率最高的温度范围内(450～475℃)制得的油中,由木质素衍生来的聚合物的含量最高,同时生物油具有最高的黏度;经过彻底脱除AAEM的生物质原料热解制得的油也具有较高的黏度。因此,考虑到生物油的最终用途以及其对油的品质要求,生物质热解不仅要考虑产率,更要关注生物质油的性质和化学组成。     

固体酸催化大豆油甲酯化制备生物柴油的研究

以甲醇和大豆油为原料,以固体酸为催化剂,通过酯交换反应制备生物柴油.考察了反应时间、反应温度、催化剂用量和醇油摩尔比各单因素对生物柴油产率的影响,得到最佳工艺条件:反应时间3.5 h,反应温度70℃,催化剂用量为大豆油质量的6.0%,醇油摩尔比为7:1,生物柴油产率可达93.5%.     

碱催化猪油制备生物柴油的研究

以猪油为原料,选用KOH为碱性催化剂制备生物柴油。经单因素实验及正交实验研究了油醇比、反应温度、反应时间和催化剂用量对生物柴油产率的影响。结果表明:在实验条件下各因素对生物柴油产率影响的大小依次为:油醇体积比>催化剂用量>反应温度>反应时间。最佳反应条件为:油醇体积比4∶1,反应温度60℃,KOH用量为1.1%(油重),反应时间为45 min,产率为91.94%,脂肪酸甲酯含量为96.3%,精制后总甘油含量0.23%。     

供氢类添加剂与苯氧基乙苯共混热解的反应机理

采用小型固定台对β-O-4型木质素模型化合物苯氧基乙苯(PPE)进行了不同反应温度下热解以及与不同供氢添加剂下共混热解的研究.利用GC/MS分析热解产物油中芳香族化合物的分布和产率,考察了反应温度和供氢添加剂对热解产物的影响.结果表明,在700℃时,PPE完全热解且单体芳香族产率达到34.78%.在该反应温度下PPE与供氢添加剂共混热解能明显提高单体芳香族产物的产率,其中PPE与甲醇共混热解最高产率为62.62%.不同供氢添加剂因结构的不同对产物的促进效果不同,甲醇能提高苯酚产率至17.33%,丙酮则明显促进了甲苯以及对二甲苯的生成.     

预处理生物质的热解实验研究

通过分步添加Ca(OH)_2与甲酸获得甲酸钙的方法对生物质进行预处理,在管式炉上开展了预处理生物质热解实验,研究了甲酸钙预处理对4种生物质热解特性的影响.样品的红外分析显示,甲酸钙预处理影响了纤维素和半纤维素的结构,一定程度上破坏了乙酰基侧链,而对木质素苯环结构影响较小,且出现了明显的羧酸根官能团振动.热解实验结果表明:木屑的生物油产率高于3种秸秆类生物质(玉米秆、稻秸、麦秆),最大生物油产率达到0.496 g/g.甲酸钙预处理使得生物质的半焦和气体产率增加,而生物油产率下降.GC-MS分析显示,木屑生物油酸类含量低于秸秆类生物质,而酚类物质含量较高,其中麦秆生物油酸类含量最高,酸度最强.甲酸钙预处理明显减少了生物油中乙酸和左旋葡聚糖的含量,增加了羟基丙酮与环戊烯酮等酮类物质;而且甲酸钙预处理显著降低了生物油的酸性,且对秸秆类生物质的改善作用更加明显,其中木屑生物油p H值从4.1~4.3增加到5.6~5.8,麦秆生物油从2.4~2.7增加到5.0~5.3.     

响应面法优化菜籽油毛油酯交换制备生物柴油生产工艺条件的实验研究

利用响应面法研究了菜籽油毛油酯交换法制备生物柴油的优化工艺条件.酯交换实验以菜籽油毛油和过量甲醇为原料,NaOH为催化剂,主要对反应温度、醇油摩尔比、催化剂用量等三个因素进行了参数分析,找到了对酯交换反应影响最大的条件因素,并确定了最佳的工艺条件为:反应温度60°C、醇油摩尔比7.9:1、催化剂用量1.9 wt%.此时生物柴油的产率可达99%.     

MCM-41/Hβ分子筛对小球藻制备生物油的催化热解

以小球藻为原料,选用MCM-41和Hβ两种分子筛催化剂,在固定床反应器上进行催化热解实验,研究了分子筛催化剂对小球藻热解产物分布、生物油物性和组成的影响。与直接热解相比,MCM-41分子筛催化剂使生物油产率下降7.06%,氧含量和含水率分别降至9.257%和7.804%,热值提高近8%,达到31.224 MJ·kg-1。小球藻经MCM-41和Hβ催化热解后,脂肪烃、醇类和含氮化合物含量都明显增加,同时酚类和羰基化合物含量减少。结果表明,两种分子筛均具有一定的催化脱氧功效,且MCM-41比Hβ更有利于改善小球藻热解油的品质和燃料用途。     

基于均匀设计的生物柴油最优制备工艺参数研究

以均匀设计法安排试验,对大豆油在酯交换反应下制备生物柴油的工艺进行了研究.为获得最优制备工艺参数,考查了n(醇)∶n(油)(3∶1～8∶1)、催化剂质量分数(0.4%～1.4%)、反应温度为(45～70℃)、反应时间(40～140min)及其交互作用对生物柴油产率和原料转化率的影响.结果表明:n(醇)∶n(油)、催化剂用量可显著地影响生物柴油的产率和原料转化率.同时甲醇与反应温度、催化剂与反应时间之间存在对抗效应,而甲醇与反应时间、催化剂与反应温度、反应温度与反应时间之间则存在协同作用.利用回归分析和BP神经网络,确定最优工艺参数为:n(醇)∶n(油)=6∶1;催化剂质量分数1.0%;反应温度45℃;反应时间30min.经液相色谱仪测定,生物柴油产率高达97.6%.     

催化裂化条件对处理生物质热解焦油的影响

为了研究催化裂化条件对生物质热解焦油处理的影响,以秸秆热解产生的焦油为原料,在固定床反应器实验台上,研究了石灰石、白云石和高铝砖3种催化剂作用下,温度、催化剂尺寸、床高等反应条件对焦油裂化的影响规律。实验结果表明,石灰石对焦油裂化有较好的催化效果,它作用下的产气率高,而且它是天然矿石,加工成本低,煅烧后耐磨性比白云石好,很适合生物质热解工艺中作为焦油裂化的催化剂使用。实验结果还表明提高裂化温度、增加床高、减小床料粒径都能有效地促进焦油深度裂化。该文结果可为焦油催化裂化工程设计提供指导。     

催化裂化条件对处理生物质热解焦油的影响

为了研究催化裂化条件对生物质热解焦油处理的影响,以秸秆热解产生的焦油为原料,在固定床反应器实验台上,研究了石灰石、白云石和高铝砖3种催化剂作用下,温度、催化剂尺寸、床高等反应条件对焦油裂化的影响规律。实验结果表明,石灰石对焦油裂化有较好的催化效果,它作用下的产气率高,而且它是天然矿石,加工成本低,煅烧后耐磨性比白云石好,很适合生物质热解工艺中作为焦油裂化的催化剂使用。实验结果还表明提高裂化温度、增加床高、减小床料粒径都能有效地促进焦油深度裂化。该文结果可为焦油催化裂化工程设计提供指导。     

固体碱催化制备麻疯树籽油生物柴油及其工艺优化研究

以麻疯树籽油制备生物柴油的反应效果为指标,筛选出以白云石为原料的固体碱催化剂.并通过均匀设计法得出最佳酯交换反应条件.催化剂的重复使用实验表明,该催化剂重复使用3次后,生物柴油的脂肪酸甲酯含量仍在90%以上.结果表明,改性白云石催化剂具有原料廉价、来源广泛、催化活性高的特点,并具有良好的工业前景.     

生物质快速热解制取液体燃料的技术经济分析

为考察生物油超临界乙醇提质方法的能源效率和经济性能,建立了生物质快速热解超临界乙醇提质制取液体燃料工艺流程及其仿真模型.在仿真计算的基础上,对液体燃料生产成本进行计算,将生物质快速热解超临界乙醇提质制取液体燃料与生物质热解催化加氢和纤维素制乙醇方法进行对比,并通过敏感性分析研究了不同因素对液体燃料生产成本的影响.结果表明:液体燃料生产成本为6 052元/t(216元/GJ),略高于生物质热解催化加氢工艺,但明显低于纤维素制乙醇工艺;对液体燃料生产成本影响最大的因素是生物油产率和乙醇价格,提高热解过程中生物油产率和减少提质过程中乙醇消耗均有利于提高系统经济性能.     

针状氧化锌催化花生油超声波法制备生物柴油的研究

考察了4种不同催化剂对生物柴油产率的影响,发现自制的针状氧化锌对生物柴油的催化效果最佳.对针状氧化锌固体碱催化剂在超声波条件下,用于花生油和甲醇的酯交换反应制备生物柴油进行了研究,考察了超声波频率、醇油摩尔配比、催化剂用量等条件对反应的影响,试验结果表明该反应的最佳条件为:超声波频率30kHz,醇油摩尔配比为7∶1,催化剂用量为花生油质量的1.0%,此条件下生物柴油产率达93%.对所得生物柴油的主要性能指标进行考察,发现其主要性能指标符合德国现阶段的生物柴油标准.重复使用结果表明,针状氧化锌的催化活性比氧化镁、氧化钙及三氧化二铝的催化活性高,寿命更长,重复使用后催化效果无明显下降.     

大豆油酯交换法制备生物柴油

采用大豆油在催化剂氢氧化钠作用下与甲醇发生酯交换反应制备生物柴油.研究了醇油摩尔比、催化荆质量分数、反应时间、反应温度等对反应产率的影响.采用红外光谱表征产品.实验结果表明,当醇油摩尔比5.9:1,反应时间2 h,催化荆用量为原料油质量的0.99%,反应温度65℃时,生物柴油的收率最高,为87%.     

超声波法制备生物柴油的研究

探讨了以菜籽油为原料,与甲醇反应,加入KF/CaO作为催化剂,经过超声波反应制备生物柴油的工艺条件,考察了超声波频率、醇油物质的量的配比、催化剂用量、反应时间等条件对反应的影响,实验结果表明该反应最佳的条件为:超声波频率为30KHz,醇油物质的量的配比为7:1,催化剂投加量为2.5%,反应时间为30min,产率达92.98%.对所得生物柴油的主要性能指标符合德国现阶段的生物柴油标准.     

生物油加氢提质中Cu基催化剂的研究

生物质快速热解制取的生物油含水含氧量高,具有黏度大、热值低、腐蚀性强等特点,不适宜直接作为燃油使用,因此,需要将生物油经加氢提质成高品质的液体燃料.选取具有代表性的生物油模型化合物糠醛为研究对象,并对其催化加氢机理进行研究.通过湿法浸渍制备了一系列Si-Al分子筛负载的不同Cu含量的催化剂,并与Cu/C、Ni/Si-Al、商业Pd/C催化剂的催化活性进行比较,研究载体、活性组分、负载量对催化剂活性的影响.结果表明,在糠醛加氢生成糠醇的反应中,Cu基催化剂具备最高的选择性.     

稻壳灰负载K_2CO_3催化制备生物柴油

以廉价的稻壳(RH)为原料,制备了K2CO3负载稻壳灰(RHA)的固体碱催化剂,用于催化制备生物柴油.利用X-射线衍射(XRD)、N2吸脱附、X射线能谱(EDS)对催化剂的结构进行了表征,并考察了K2CO3负载量、催化剂用量、反应物的醇油摩尔比和反应时间等因素对生物柴油产率的影响以及催化剂的可重复性使用.实验结果表明:稻壳在800℃下焙烧后制备的K2CO3/HRA催化剂,当K2CO3负载量为50%、催化剂用量为16%、醇油摩尔比为12∶1、在60℃下反应70,min后,生物柴油产率为92.6%.催化剂在重复使用5次以后,生物柴油产率降至66.8%,主要原因是催化剂中K元素的流失.     

生物质焦油催化裂解过程中二次焦油成分

以秸秆热解产生的焦油为原料,在固定床反应器实验台上进行了催化裂解实验,研究了反应温度和催化剂种类对生物质焦油的裂解反应产物———二次焦油成分的影响规律。在高铝砖作为催化剂作用下,随着温度的升高,二次焦油构成有芳香化的趋势,多环芳烃的种类和含量都在增加。反应温度的提高有利于焦油的深度转化,二次焦油产率降低;但是高温下生成的二次焦油芳化程度更高,更容易引起催化剂积炭失活。当反应温度为900℃时,碱性催化剂白云石和石灰岩作用下二次焦油成分相似,以复杂的大分子环烃为主,而且焦油成分种类减少到10种左右;酸性催化剂高铝砖作用下焦油成分仍然很复杂,有将近30种,除了含有大分子环烃外,还含有部分石蜡烃,芳香族种类很多,多以双环、三环以及四环的形式存在。