生物油Ru/C催化加氢脱氧提质研究

论文摘要

生物质能源作为一种清洁的可再生能源,也是唯一的可再生碳源,生物质快速热解制生物油和生物油催化加氢制备绿色交通燃料被认为是最有潜力的应用技术之一。对不同原料及快速热解条件得到的生物油的性质较类似,15-40wt%水分含量,pH为2-3.5,粘度（40℃）20-200 mPa·s,热值14-19MJ/kg,生物油的高粘度、高腐蚀、低热值特性限制其应用,近期的催化加氢脱氧研究能有效地提高其品质,使其可以转化为高质绿色交通燃料。本文首先通过灰分、水分、挥发份的测定以及元素分析对不同生物质原料进行了分析对比,选用樟子松锯末为原料,利用实验室自行设计的生物质快速热解系统制备生物油,并对收集的生物油进行了水分、热值、粘度、闪点、pH和GC-MS等分析,将制备的生物油作为催化加氢脱氧研究的原料。利用实验室自行设计的间歇式高压反应釜式催化加氢脱氧反应系统,使用贵金属Ru/C催化剂对生物油进行催化加氢脱氧（HDO）提质研究,对反应条件：压力、温度和反应时间进行考察,发现使用5wt%Ru/C催化剂在300℃和13MPa压力下经过4hHD0提质反应,最高可得到35wt%提质油,水分由31.8wt%下降到2.5wt%,氧含量由46.4wt%下降到15.2wt%,热值由18.5MJ/kg提高到36MJ/kg。通过GC-MS分析,生物油中的活性组分烯基加氢转化为烃基,酮转化为单官能团酮,愈创木酚类由多含氧官能团转化为烷基取代酚。反应有10wt%水分以及2.2wt%的C02生成,提质过程以脱水脱氧为主,脱羧脱氧为辅。通过对装置改进进行了持续供氢HDO提质实验,在200-300℃10MPa以及4h反应条件下均得到40wt%的油相产率,300℃10MPa条件下得到油相产物氧脱除率达到84.6wt%,水分含量为0.2wt%,热值由15.6MJ/kg提高到38.5MJ/kg,油相中酸和酮相对减少50%,产物酮主要为烷基取代酮,愈创木酚类转化为烷基取代酚,基本保留在油相中,有少量烷基苯生成。250℃10MPa条件下得到提质油热值可达到39.4MJ/kg,氢含量达到11.6wt%。通过GC-MS分析发现,酮类转化为相应的烷基取代醇,酚类中甲氧基含量相对较高,有少量环己烯生成。由于较多亲水基团的存在,油相中含有3.7wt%的水。此条件得到的提质油稳定性更好。通过提质后的生物油性质更加稳定,水分较少,腐蚀性降低,可与炼油厂的原料混合进行炼制生产交通燃料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 生物质的化学组成
• 1.1.2 生物质转化利用技术
• 1.1.3 生物质研究的重要意义
• 1.2 快速热解制生物油现状
• 1.3 生物油物理化学性能及其应用
• 1.3.1 生物油的物理性质
• 1.3.2 生物油的化学性质
• 1.3.3 生物油的应用
• 1.4 生物油提质研究
• 1.4.1 生物油加工处理方法
• 1.4.2 生物油模型化合物的加氢脱氧研究
• 1.4.3 生物油两步法加氢脱氧制烃研究
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 实验方法及原料准备
• 2.1 生物质热解装置
• 2.2 生物油催化加氢装置
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 生物质原料的工业分析
• 2.3.2 生物油性质分析
• 2.4 原料准备
• 2.4.1 生物质原料分析
• 2.4.2 生物油的理化特性分析
• 第三章 生物油贵金属催化加氢提质研究
• 3.1 优化条件实验
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 间歇式Ru/C温和催化加氢脱氧（HDO）
• 3.2.2 持续通氢Ru/C温和催化加氢脱氧（HDO）
• 3.2.3 催化剂表征
• 3.3 结论
• 第四章 结论与展望
• 4.1 生物油贵金属提质研究
• 4.2 研究创新
• 4.3 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文与研究成果