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%。     

基于不同萃取剂的生物油常压蒸馏研究

选用乙酸乙酯、二氯甲烷、乙醚和甲苯四种溶剂,分别与生物油按一定质量比混合萃取。将萃取相蒸馏得到的四种油相层与原始生物油进行对比,研究不同萃取剂对生物油萃取-蒸馏后各馏分的产率、水分及高附加值酚类组分变化的影响。结果表明,经萃取-蒸馏后,生物油残渣比例减少,水分含量降低。在四种溶剂中,甲苯萃取率较低,蒸馏后酚类绝对峰面积较小;乙酸乙酯和乙醚萃取效率较高,但两者萃取相蒸馏后酚类含量低;二氯甲烷萃取酚类能力强,其馏分中愈创木酚及其衍生物相对含量为34.11%,比生物油高出15.52%,富集程度高,更有利于后续进一步提纯愈创木酚及其衍生物等高附加值化学品。     

精馏系统内真空度对生物油模型化合物蒸馏特性的影响

利用小试精馏装置对生物油模型化合物进行蒸馏实验,通过调节系统的真空度将生物油模型化合物分别在常压和减压状态下进行蒸馏,分析并总结了馏分中各组分的变化规律.结果表明,随着系统内真空度的不断升高,生物油模型化合物的总馏出率不断增加且结焦率不断降低,水分更容易被蒸出,馏分中有机物的初馏温度降低而馏出率增加.因此,增大真空度可...     

生物油酸性组分分离精制研究

生物油因水分含量高和呈酸性未能作为高品位能源直接规模化应用。利用分子蒸馏技术将生物油水分与酸性组分作为整体对象进行分离,既得到生物油酸性组分富集馏分,又获得了水分含量低、酸性较弱与热值较高的精制生物油Ⅰ（蒸馏重质馏分）与精制生物油Ⅱ（常温冷凝馏分）。同时,具体考察了精制前后生物油的pH值、热值和水分等参数的变化规律。研究表明,生物油的水分与酸性组分得到有效分离,精制生物油Ⅰ和Ⅱ的低级羧酸含量从原始生物油的18.85%分别降低至0.96%和2.2%     

采用模拟蒸馏对原油馏分分布的色谱法测定

提出了色谱模拟蒸馏测定原油馏分分布的方法,采用高温模拟蒸馏分析原油中重组分,用详细烃组成技术(DHA方法)分析原油中轻组分,通过组分整合得到原油馏分分布。试验表明:采用nC5～nC120的正构烷烃混合物作为模拟蒸馏的沸点校正样,分析的馏程范围为初馏点至750℃。该方法重复性好,初馏点和终馏点的标准偏差小于1℃,各馏分收率的标准偏差小于0.35%。此法与实沸点蒸馏方法结果基本一致,小于500℃各馏分的收率差值小于2.5%,可明显看出在500～750℃范围的馏分分布,有利于重质馏分的进一步加工利用。     

生物油酸酮类模化物与乙醇在HZSM-5上共裂化制备生物汽油

生物油酸类和酮类化合物具有较高的裂化活性,而使用分子蒸馏技术能将这些组分富集到蒸出馏分中,因此蒸出馏分相比原始生物油具有更好的裂化特性.为了模拟实际蒸出馏分的组成,本文将生物油模化物(羟基丙酮(HPO)、环戊酮和乙酸)进行配比混合,在固定床反应器上对其与乙醇的共裂化行为进行了研究,考察了不同反应温度和压力对混合反应物的转化率、粗汽油相的选择性和组成的影响.研究发现,当反应温度在340℃时,乙酸和乙醇的转化率分别仅为67.9%和74.4%,同时得到的油相产物中烃类含量仅为59.8%,并含有大量的含氧副产物.常压裂化同样生成了低品质的油相产物,同时油相选择性仅为10.8%.提高反应温度能促进反应物的转化,提高裂化过程中的脱氧效率,而提高反应压力对液体烃类的生成有明显的促进作用.在400℃和2MPa时,酸类和酮类都有良好的裂化表现,反应物接近完全转化,粗汽油相选择性达到31.5%,且全部由烃类组成,其中芳香烃含量高达91.5%.此外,反应后催化剂表征和稳定性测试结果表明,催化剂在较长时间反应后会失活,但通过催化剂再生能够很好地恢复催化剂活性.     

Ba2+沉淀法提取生物油馏分中的酚类物质

从NaOH试剂浓度、反应温度与反应时间三个方面,对钡离子沉淀法提取不同温度段收集的生物油馏分中的酚类物质进行了实验研究,并利用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）对提取效果进行了分析。实验结果表明,钡离子沉淀法对愈创木酚类物质的提取效果较为突出,且NaOH浓度（1.0-6.0mol/L）、反应温度（30-50℃）与反应时间（10-40min）对愈创木酚的提取率影响较大。在NaOH浓度为5.5mol/L、反应温度为35℃、反应时间为20min时,提取率达到最大,其中,三个温度段收集的生物油即低温水相馏分、低温油相馏分与高温馏分中的愈创木酚提取率分别为34.1%、33.8%和33.5%。     

不同蒸馏压力下的生物油分子蒸馏分离特性研究

采用分子蒸馏分离技术对热敏性生物油在不同蒸馏压力下的分离特性进行了研究。经过分子蒸馏分离后,生物油被分离为蒸出馏分油与残留馏分油,蒸出馏分油的得率随着压力的下降而显著增大,在700 Pa时达到了56.50%(质量分数)。在馏分油的物理性质方面,蒸出馏分油富集了生物油内的大部分水分,残留馏分油内水分得到了较好的脱除,其中,700 Pa下残留馏分油的水分含量降至4.20%(质量分数)。结合生物油及馏分油的GC-MS分析结果,对乙酸、苯酚、糠醛以及左旋葡聚糖等生物油内典型化合物在不同蒸馏压力下的分布特性进行了研究,获得了相应化合物在分子蒸馏过程中的富集规律。结合分离因子评估模型对生物油内14种代表化合物的富集特性进行了量化评价。     

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。     

原油沸点分布的高温气相色谱模拟蒸馏法测定

采用nC5～nC120的正构烷烃混合物作为模拟蒸馏的沸点校正样,沸程为354～541℃的标油用于测定检测器的响应因子,利用荷兰AC公司的软件,进行原油的高温模拟蒸馏测试,分析的馏程范围为初馏点～750℃.该分析方法重复性好,初馏点和终馏点的标准偏差小于1℃,各馏分收率的标准偏差小于0.3%;初馏点差值为3℃,总收率差值为2.1%.该法与实沸点蒸馏方法结果基本一致,小于500℃各馏分的收率差值小于3%.     

酸性离子交换树脂催化酯化改质生物油的研究

以磺酸型离子交换树脂为催化剂, 在模型反应的基础上, 探讨了该催化剂在稻壳裂解油及其轻质馏分的催化酯化改质过程中的活性和效果, 并通过气-质联用仪对酯化前后的生物油进行了成分分析. 结果表明, 酯化过程中采用的催化剂可以方便地分离和循环使用; 生物油中的有机酸顺利地转化为相应的酯类(主要为乙酸乙酯). 通过催化酯化改质后, 两种生物油的理化特性均得到了有效改善, 热值分别由16.80和12.76 MJ/kg提高到20.08和18.33 MJ/kg, 相应提高了19.5%和43.6%; 黏度分别由11.83和1.42 mm²/s, 下降到3.77和1.12 mm²/s; 水分分别为23.7%和28.4%, 流动性明显增强, 理化特性得到了明显提高. 为生物油的精制加工提供了一种有效方法.     

Physical and chemical properties of bio-oils from microwave pyrolysis of corn stover

This study was aimed to understand the physical and chemical properties of pyrolytic bio-oils produced from microwave pyrolysis of corn stover regarding their potential use as gas turbine and home heating fuels. The ash content, solids content, pH, heating value, minerals, elemental ratio, moisture content, and viscosity of the bio-oils were determined. The water content was approx 15.2 wt%, solids content 0.22 wt%, alkali metal content 12 parts per million, dynamic viscosity 185 mPa.s at 40 degrees C, and gross high heating value 17.5 MJ/kg for a typical bio-oil produced. Our aging tests showed that the viscosity and water content increased and phase separation occurred during the storage at different temperatures. Adding methanol and/or ethanol to the bio-oils reduced the viscosity and slowed down the increase in viscosity and water content during the storage. Blending of methanol or ethanol with the bio-oils may be a simple and cost-effective approach to making the pyrolytic bio-oils into a stable gas turbine or home heating fuels.     

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。     

生物质加压液化制备甲基糖苷与酚类物质

以甲醇为液化剂、浓硫酸为催化剂,对竹子、杨木、松木和桉木四种生物质原料的加压液化进行了实验研究。结果表明,在200℃下反应30 min后,这些生物质原料可转化得到气体、固体残渣和液体生物油三种产品,且竹子的液化率最高。将竹子液化产物进一步分级处理,得到烷基多糖苷和木素解离多酚两类化学品。其中,多糖苷产品的主要成分为己糖苷类化合物,占83.38%(质量分数);多酚类产品的主要成分为4-乙基-2-甲氧基苯酚、丁香酚和3,4-二甲氧基苯酚等,占65.79%(质量分数)。同时,根据原料的物质构成和液化油的组成结构分析,提出了液化反应的机理:纤维类生物质中的纤维素和半纤维素在酸性条件下发生醇解反应生成甲基糖苷,小部分甲基糖苷进一步转化生成乙酰丙酸甲酯;原料中的木质素在降解过程中,由于酚羟基和甲氧基的供电子效应,使Cα-Caromatic键发生断裂,生成苯酚、愈创木酚等酚类物质。     

Optimization of process for the production of bio-oil from eucalyptus wood

The pyrolysis of eucalyptus wood was carried out in a batch reactor to optimize the yield of bio-oil.Effect of various parameters like feed(particle) size,temperature,presence of catalyst and heating rate on the yield of bio-oil was investigated.The optimum conditions for high yield of bio-oil are for the particle size 2 mm~5 mm(average l/d=12.84/2.03 mm) at 450 ℃ in high heating rate.The reaction kinetics and the quality of bio-oil produced are independent of the presence of different catalysts like mordenite,kaoline clay,fly ash and silica alumina.The physical properties like odour,colour,PH,viscosity,heating value were determined.The FT-IR analysis of bio-oil indicates the presence of different functional groups such as monomeric alcohol,phenol,ketones,aldehydes,carboxylic acid,amines,and nitro compounds.The composition of the bio-oil at different conditions was analyzed using GC-MS and found that the components are temperature dependent but independent of catalysts used.     

固体酸催化烯烃改性生物油酚类化合物研究

选取生物油中含量较高的愈创木酚、儿茶酚和苯酚为酚类模型化合物,以蒙脱土K-10负载的Cs2.5H0.5PW12O40为固体超强酸催化剂,苯酚/1-辛烯烷基化反应为探针,考察了催化剂负载量,反应温度及物料摩尔比等因素对酚类烷基化反应的影响.结果表明,在60～100℃范围内,30%Cs2.5H0.5PW12O40/K-10对苯酚烷基化反应具有很好的催化活性和选择性,原料摩尔比为1时苯酚氧烷基化产物的选择性最好.愈创木酚中甲氧基的位阻效应使其转化率在相同条件下比苯酚低很多,相应氧烷基化产物的选择性也很低.儿茶酚与1-辛烯反应主要生成单羟基氧烷基化产物,100℃时选择性仍高达96%.升高温度有利于烷基化改性反应的进行,但产物中氧烷基化产物的选择性随着温度升高而降低.     

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.     

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。