离子交换树脂催化酯化生物油的试验研究

生物油黏稠、稳定性差、热值低、腐蚀性强,需要进行改质与品位提升,将生物油中的有机酸通过酯化的方法转化为中性的酯类可以改善生物油的性能。实验利用模型反应,筛选出了适合于生物油体系的732型和NKC-9型两种树脂作为酯化改质的催化剂。生物油和甲醇在间歇釜内以732和NKC-9为催化剂进行改质以后,酸值分别降低了88.54%和85.95%,表明生物油中的有机酸极大地转化为中性酯类。此外,热值分别提高了32.26%和31.64%,水分分别降低了27.74%和30.87%,密度均降低了21.77%,黏度降低均接近97%。732树脂固定床催化酯化生物油后,酸值降低了92.61%。加速陈化实验和铝片腐蚀性实验结果分别表明,改质生物油的稳定性和腐蚀性能得到了改善。     

介孔分子筛反应精馏催化改性生物质裂解油

采用反应精馏的方法,以含锆介孔分子筛(S042-/Zr-MCM-41)为酸性催化剂,对生物质热解油进行了催化改性.通过XRD、N2吸附脱附及FT-IR表征了介孔分子筛的孔结构和表面基团.对生物油改性的较佳反应条件进行了考察,较佳的催化剂用量为生物油质量的4%,生物油、乙醇及过氧化氢水溶液(30%)的质量比为1:0.5:0.4,回流比1:6.在上述条件下,轻油收率21.4%(以生物油计).改性所得两种改性油与原料油相比,含水量由33%分别降至0.5%和5.0%,黏度由18.5 mm2/s分别降至0.46 mm2/s和3.65 mm2/s(30℃),pH值由2.82分别提升至7.06和5.35,热值由14.3 MJ/kg分别提升至21.5 MJ/kg和24.5 MJ/kg.经过GPC、Fr-IR和1H NMR分析,轻油主要成分是原料油中的轻组分所转化的酯类化合物,重油主要是原料油中难挥发的成分.     

微波条件下ZnCl2改性离子交换树脂催化改质生物油的研究

在微波加热条件下,以732型阳离子交换树脂和ZnCl2改性离子交换树脂为催化剂,添加乙醇为溶剂,对生物油进行催化酯化改质.比较研究了两种催化剂随催化剂用量、反应时间及反应温度改变对生物油改质效果的影响,同时考察了微波加热与传统水浴加热条件下催化剂的活性.结果表明,酯化过程中ZnC12改性离子交换树脂比732型树脂活性有...     

水稻秸秆在亚/超临界乙醇中的液化实验研究

在间歇式高压反应釜中采用乙醇为溶剂在亚/超临界状态下对水稻秸秆进行液化实验研究，考察了反应温度、稻秆/乙醇比及停留时间对稻秆液化的影响，确定了反应温度325 ℃、稻秆与乙醇比为1.0/10.0（g/mL）、反应时间60 min为最佳液化条件。在此条件下，稻秆转化率为78.32%，液化油收率达55.03%；通过GC-MS对液化油进行分析，结果表明，生物油的主要成分是酚类和酯类，占总体的50%左右。液化油的热值为28.95 MJ/kg，运动黏度为5.63 mm²/s，水分含量为2.2%。     

MCM-41和HZSM-5协同催化对油菜秸秆热解的影响

以油菜秸秆为原料,采用两种方案分层布置催化剂(HZSM-5/MCM-41和MCM-41/HZSM-5),并与MCM-41和HZSM-5单独催化进行对比,从生物油品质和催化剂耐久性两个角度探究协同催化作用机理;对精制生物油有机相进行理化特性分析,采用FT-IR和GC-MS进行成分分析,对催化剂进行耐久性分析。结果表明,与单独催化相比,协同催化所得精制生物油液相产率略有降低,气相产率升高,精制生物油有机相理化特性进一步提高,其中,MCM-41/HZSM-5协同催化所得精制生物油有机相热值较高,为34.31 MJ/kg;精制生物油有机相中含有多种芳香族类物质和少量的羰基类物质,协同催化较单独催化能产生较多的烃类物质及较少的含氧芳香族类物质,其中,MCM-41/HZSM-5协同催化所得精制生物油有机相中烃类物质含量较高,且以单环芳香烃为主;HZSM-5分子筛在300-800℃有两个失重峰,MCM-41分子筛在300-800℃仅有一个失重峰,表明MCM-41催化剂上沉积的焦炭成分单一,较易去除,且协同催化后分子筛表面沉积的焦炭总含量较少。     

微波条件下固体酸催化剂催化酯化生物油的研究

以乙醇和乙酸的酯化作为反应模型,考察固体酸催化剂阳离子交换树脂、SO₄²-/ZrO₂和分子筛在微波加热条件下的酯化活性。结果表明,三类固体酸催化剂的活性顺序为Amberlite树脂﹥SO₄²-/ZrO₂﹥HZSM-5,催化剂活性与酸度一致;酯化反应中水的含量对催化剂的活性有不同程度的影响,水含量较高时催化剂SO₄²-/ZrO₂酯化活性明显变差,而阳离子交换树脂仍具有较高的酯化活性。采用阳离子交换树脂对生物油进行微波催化酯化提质后,原生物油中含有的大量不同种类的羧酸被有效地转化成各种酯类,酯类化合物由原油中的4种增加到13种。与传统加热条件下生物油催化提质比较,生物油微波提质具有明显优势,提质后生物油组分得到优化。     

磺化活性炭固体酸在藻类乙醇热液化中的应用研究

采用浓硫酸磺化法制备磺化活性炭固体酸(AC-SO_3H),考察了反应温度和活性炭粒度对固体酸总酸量的影响.结果表明,反应温度越高、活性炭粒度越小,AC-SO_3H总酸量越大,最大酸量为0.878 mmol g~(-1).将该催化剂分别应用到小球藻和浒苔的乙醇热液化过程,对其催化性能进行考察.结果表明:AC-SO_3H的催化活性随其总酸量的增加而提高,最佳用量均为5%.在最优催化条件下,小球藻和浒苔液化的生物油产率分别提高了12.32%和10.33%;残渣收率分别降低了4.11%和4.49%;生物油热值分别提高了1.18和2.38 MJ kg~(-1).AC-SO_3H催化剂的加入促进了液化过程中的酯化和脱羧反应,并且可能改变了蛋白质的降解路径,抑制了美拉德反应,对生物油品质起到了改善作用.     

餐饮垃圾热解制取生物燃油的实验研究

主要研究温度、餐饮垃圾种类以及催化剂对餐饮垃圾热解所制生物燃油的产率和品质的影响。结果表明,猪肉和米饭的最佳产油温度均为410℃,白菜的最佳产油温度为450℃。米饭、白菜、猪肉的产油率分别为45.02%、25.60%、71.26%。采用氧弹热量计对其热值进行测定,米饭和白菜热解油的高位热值较低,分别为18.30MJ/kg和17.49MJ/kg;而猪肉热解油的高位热值为36.57 MJ/kg, 并且黏稠度较高。催化剂Co-MCM-41的催化效果明显,使餐饮垃圾的产油率由41.99%提高到66.30%,同时使热解油中的含氧化合物明显降低,而烷烃类和烯烃类的含量明显增加,高位热值由30.30MJ/kg提高到32.74MJ/kg。通过物理吸附仪对新制备的和使用一次后再生的催化剂Co-MCM-41进行表征,结果表明,催化剂Co-MCM-41再生后孔容、孔径和比表面积变化不大,性质基本不变,活性依然存在。
     

固体酸SO42-/ZrO2-CeO2催化小桐子油脂肪酸制备生物柴油的实验研究

用沉淀浸渍法制备了固体酸催化剂SO₄^2-/ZrO₂-CeO₂,用于催化小桐籽油脂肪酸与甲醇酯化制备生物柴油。考察了焙烧温度和CeO₂负载量对催化剂活性的影响,并进行了单因素实验和动力学研究。研究表明,SO₄^2-/ZrO₂-CeO₂有较高的催化活性,当甲醇与脂肪酸体积比 2∶1,反应温度150 ℃,催化剂用量为脂肪酸质量的8%,反应60 min时,脂肪酸转化率可达0.9403。动力学计算表明,该酯化反应的表观活化能为45.31 kJ/mol,动力学模型为-dc_A/dt=38371e^-45310/RTc_A^1.44。     

固体酸改质生物油的研究

利用乙酸和乙醇生成乙酸乙酯的酯化反应为模型反应，筛选得到催化活性最好的固体酸催化剂40％SiO2/TiO2SO42－。 在一定的反应条件下，添加固体酸催化剂和溶剂，生物油的品质得到提高，热值提高了50.7％，运动黏度降低到原来的10％，密度降低了22.6％。生物油改质前后的GC MS分析表明，固体酸可以将生物油中含有的有机羧酸转化为酯类，如甲酸酯、乙酸酯等，使生物油中的羧酸组分发生了催化酯化反应，改善了生物油的品质，生物油物理化学性能得到明显的提高。3A分子筛对生物油的脱水作用不显著，对酸性、密度、黏度等方面影响较小。     

蒸馏温度对核桃壳生物油馏分组分分布的影响

通过改变蒸馏温度对生物油进行常压蒸馏并将馏分分为油水两相，研究了馏分的组分分布变化。结果表明，在120-300℃随着蒸馏温度的升高，生物油馏出率不断增加；蒸馏温度低于240℃的油相馏分中萘、甲苯等芳烃类化合物和乙酸等羧酸类化合物明显富集，以120℃油相馏分为例，芳烃类和羧酸类化合物的相对含量是生物油原油的13.86倍和3.15倍；当蒸馏温度高于240℃时苯酚、愈创木酚等酚类化合物大量馏出，使得油相馏分的产率明显增加；同时，所获水相馏分中的水分含量皆高于60%，水分的富集效果明显；在馏分中检测到了2-乙基乙酸丁酯和环戊酮等原油中未检测到的组分并且馏分中水分总量高于生物油原油，这些都表明生物油在蒸馏过程中发生了酯化、缩聚等化学反应。通过对油相馏分的组分分布进行分析，发现改变蒸馏温度可以有效富集生物油中的高价值化合物，如苯酚、愈创木酚、4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚和4-丙基愈创木酚的相对含量在300℃的油相馏分中分别比生物油提高了109%、160%、84%、53%和444%。     

Production of Bio-hydrogen Using Bio-oil as a Potential Biomass-derived Renewable Feedstock

The bio-oil derived from pyrolysis of straw can be selectively converted into high-purity hydrogen by coupling three steps:(i)steam refonning(SR)of di tierent bio-oils,(ii)water-gas shift(WGS),and(iii)the removal of CO2.the catalytic SR reaction over the NiLaTiAl catalyst,coupled with a low-temperature WGS reaction with the CuZnAl catalyst,promoted the conversion of various oxygen-contaming organic compounds in the bio-oil into hydrogen and carbon dioxide.Under the optimized condition,light bio-oil achieved the highest conversion(99.8%,molar fraction),with a high hydrogen yield of 16.4%(mass traction)and a H2 purity of 99.94%(volume fraction).The carbon deposition on the NiLaTiAl catalyst was the main factor caused catalyst deactivation.Production of hydrogen from different bio-oil model compounds was also investigated in detail.     

小球藻热裂解油催化加氢精制研究

以Ni-Co-Pd/γ-Al₂O₃为催化剂,在固定床反应器中研究了小球藻热裂解油的催化加氢精制。在较低加氢压力(2×10⁶ Pa)下考察了加氢温度和氢油比(体积比)对精制生物油的含水率、热值、运动黏度和十六烷值等参数的影响,并对加氢前后油品进行了元素分析和GC-MS分析。结果表明,在2×10⁶ Pa压力下,氢油比为120:1,温度为300 ℃时,精制油收率达89.6%,热值和十六烷值较加氢前分别增加了17.94%和71.2%,黏度下降66.32%。元素分析和GC-MS分析表明,精制生物油的H/C原子比由1.55提高至1.97,氧、氮、硫含量明显降低,脱氧率达到80.46%。精制油中的有机酸、酯、酮、醛的含量明显降低,烷烃和醇醚含量明显增加。     

添加乙酸乙酯对生物油稳定性的影响

以稻草秸秆快速热裂解生物油为样品,选取乙酸乙酯作为添加剂,按不同质量分数(分别为1%、6%、11%、16%和21%)添加到生物油中,考察原始生物油(空白组)及乙酸乙酯组生物油理化特性随贮存时间的变化规律。结果表明,随着乙酸乙酯添加质量分数增大,各乙酸乙酯组(1%、6%、11%、16%和21%)生物油最终pH值比空白组分别提高0.66%、2.33%、3.65%、4.32%和6.31%;最终含水率比空白组分别降低10.90%、20.17%、28.19%、30.27%和35.10%;最终运动黏度比空白组分别降低13.69%、39.08%、57.99%、66.00%和73.58%。FT-IR和GC-MS分析结果表明,添加乙酸乙酯能抑制生物油老化反应。此外,GC-MS分析结果还证实乙酸乙酯可以减少生物油内有机酸含量。     

Producing fuel and specialty chemicals from the slow pyrolysis of poultry DAF skimmings

The production of bio-oil via the slow pyrolysis of dissolved air flotation (DAF) skimmings from poultry processing is described. The raw DAF skimmings were characterized for physicochemical properties and for thermal behavior (TGA). The bio-oil was produced in a batch pyrolysis system at varying temperatures between 400 and 700 °C to study the effect of temperature on product yield. The fatty acids in the bio-oil produced displayed a high degree of saturation that caused the bio-oil to have poor cold flow properties (high cloud point and viscosity) so a solvent extraction scheme was devised to extract a bio-oil fraction rich in unsaturated fatty acids that could be further esterified into a bio-diesel and fatty nitriles that could be further processed into surfactants. This ethyl acetate-soluble fraction demonstrated much improved cold flow properties as well as lower water content and a higher HHV. The esterification of this soluble fraction was performed using methanol and sulfuric acid as an acid catalyst and the formation of fatty acid methyl esters was verified using GC/MS and FT-IR.     

Scale-up of microwave heating process for the production of bio-oil from sewage sludge

A pilot-scale microwave heating apparatus was constructed for the production of bio-oil from sewage sludge, and the effects of important microwave processing parameters and chemical additives on the quality and yield of bio-oils were investigated. It was found that bio-oil was mainly formed at the pyrolysis temperature range of 200–400 °C. A higher heating rate (faster pyrolysis) not only increased the yield of bio-oil, but also improved the quality of bio-oil according to the elemental composition and calorific values. The maximum bio-oil yield was 30.4% of organic fraction, obtained from the pyrolysis of original sewage sludge at microwave radiation power of 8.8 kW and final pyrolysis temperature of 500 °C. All of five simple additives (KOH, H₂SO₄, H₃BO₃, ZnCl₂, and FeSO₄) reduced the bio-oil yield, but the composition and property of bio-oil varied with the additive types greatly. KOH, H₂SO₄, H₃BO₃ and FeSO₄ were found to improve the quality of bio-oils remarkably according to the calorific value, density, viscosity and carbon content of bio-oils, but ZnCl₂ treatment went against that. GC–MS analysis of the bio-oils showed that, alkali treatment promoted the formation of alkanes and monoaromatics, while acid treatment favored the formation of heterocyclics, ketones, alcohols and nitriles. Compared with sulfate slat FeSO₄, chloride salt ZnCl₂ was a better catalyst for selective catalytic pyrolysis of sewage sludge. The addition of ZnCl₂ only promoted the formation reactions of a few kinds of nitriles and ketones remarkably. It is technologically feasible to produce bio-oil form microwave-induced pyrolysis of sewage sludge by optimizing pyrolysis conditions and selecting appropriate additives.     

纤维素在亚/超临界甲醇中液化条件对主要化合物产物的影响

在反应温度240-320 ℃、甲醇用量0-200 mL、反应时间0-200 min的条件下,采用间歇式高温高压反应釜对玉米秸秆纤维素在亚/超临界甲醇中进行液化实验,结合GC-MS分析,研究不同液化反应条件下,生物油中轻油、重油产率及液化产物中烃类、醇类、酯类、酸类等主要化合物的组分分布及其变化规律。结果表明,反应温度和甲醇用量对化合物的分布与含量影响较大,反应温度和甲醇用量增加,促进纤维素向烃类、醇类、酯类转化,各化合物含量随之增加,并使轻油、重油产率升高,当反应条件为：甲醇用量160 mL,温度320 ℃,反应时间30 min时,生物油产率达到最高25.1%。生物油中组分含量顺序为：烃类>醇类>酯类>酸类,各化合物最高相对含量分别为77.2%、19.0%、30.9%、20.8%。初步分析发现,随着温度的升高和甲醇量的增加,自由基活性逐渐增强,当甲醇用量超过160 mL、温度超过300 ℃时,醇类以及酯类等化合物进一步发生氧化、缩合等反应形成酸类等化合物,造成化合物产率减小,进而使生物油产率降低。     

分级冷凝生物油组分富集与组分稳定性研究

利用GC-MS分别检测分级冷凝装置和常规冷凝装置制备的核桃壳生物油,对比常规冷凝生物油与分级冷凝多品级生物油有机组分的相对峰面积,发现分级冷凝对组分富集有较大影响,其中,乙酸在第四级生物油内相对峰面积从5.38%上升至9.44%;愈创木酚在第二级内从3.46%上升至6.23%;紫丁香醇在第一级内从1.48%上升至4.44%;异丁香酚在第一级内从5.52%上升至17.84%。经过75 d、15℃恒温恒湿储存后分级冷凝生物油水分增加,分别增加了1.58%、1.88%、1.80%、2.43%;脂肪类有机物峰面积减小;酚类有机物峰面积增大。第一、二级生物油内小分子有机物含量较少,老化反应强度较低;第三、四级生物油内小分子有机物含量较多,老化反应强度较高。根据GC-MS检测结果将有机物分类,统计各类有机物在储存前后的含量变化,分析储存过程中各类有机物发生的老化反应种类以及反应强度。