全文总字数：73363字
木质纤维素生物质催化热解制高级生物油和生物化学品的研究进展
摘 要
热解将木质纤维素生物质转化为生物油，生物油可以作为工业燃料和化学品的前体。生物油含有高含氧组分，会破坏生物油的燃料性能。催化剂通过选择性的键裂反应，如脱氧、裂化、脱羰等反应，对生物油进行升级。生物质热解中的散装和负载型酸或碱催化剂适合生产高级生物油。催化生物质热解是一种生产高质量可再生燃料和化学前体的可靠方法。本文综述了近年来木质纤维素生物质催化热解制可再生燃料级生物油和化学品的研究进展。本文综述了生物质特性的各种主要活动及其在热解过程中生产高级生物燃料前体的潜力。在生物质热解脱挥发过程中使用的可能过程也被评估，以及催化剂类型，以及它们在可再生生物油和生物化学品生产中的催化活性。因此，开发生物油由生物质热解转化为可再生燃料和化学前体的催化剂仍然是一个热点问题。
关键词：木质纤维素；生物质；热解碱催化剂；酸催化剂；生物油；热解
1 介绍
化石燃料满足了快速增长的交通燃料和工业革命的能源需求。然而，对化石燃料消耗和全球气候变化的日益关注，是寻求替代能源和碳中性能源的动力。作为液体燃料和化学合成的最重要的可再生能源之一，人们的注意力已经转移到非食品木质纤维素生物质。木质纤维素生物质实现了碳中和，实现了全球二氧化碳减排。此外，他们是充足的，随时可以满足全球燃料需求[1]。生物质能作为化石原料的前体，在供热、发电、运输等能源应用中需要多步转换[2]。因此，来自森林、农业和农用工业的木质纤维素生物质通过热化学分解，如热解和液化过程来生产液体燃料[3,4]。根据所需的热解产物(生物炭或液体油)，木质纤维素物质可以通过缓慢或快速热解来分解。缓慢热解主要产生生物炭，剩余的焦油和合成气很少用于任何用途;常规加热元件或微波辐照均可促进热解碳化[5,6]。
与慢速热解[7]相比，快速热解将木质纤维素生物质主要转化为生物油和其他化学品。由于高压液化可以在高成本的情况下获得低产量的生物油，因此低成本的木质纤维素生物质快速热解成为生产生物油的重点。传统的快速热解制得的热解液馏分分布广泛。而催化生物质快速热解将生物油馏分缩小为高级生物油。热解油的主要成分为酚类和烷基化(多)酚类，以及相对较少的酚类、丁香酚、甲酚和二甲酚[9]。热解反应涉及生物质木质素组分不同侧链结构和芳香环甲氧基的裂解。生物油的热值为16.79 ~ 19 MJ/kg，接近含氧燃料(如乙醇)的热值;但常规化石燃料低于40 - 45mj /kg。生物油的低热值受高氧化合物[10]的影响。此外，直接将生物油作为运输燃料使用，生物油中的水也是有问题的。水和含氧化合物促进不挥发性、高酸性、高腐蚀性和贮藏老化。在贮存过程中，生物油经历了极端的不稳定性和重新聚合的趋势，这是生物油燃料性能[11]的缺陷。热解油(生物油)中的水和含氧化合物相对较少大量的;因此，很难抑制它们的再聚合，这可能会加重生物油的燃料特性。除水可以提高生物油的稳定性和粘度，并降低生物油的酸度，但需要昂贵的、复杂的技术。Gong et al.[12]和Hussain et al.[13]利用木质纤维素生物质催化热解生产高级生物油和化学品。生物质热解过程中催化剂(ZSM-5、HZSM-5、FCC)[14,15]和碱性(Na2CO3/gamma;-Al2O3、K2CO3、Ca(OH)2、MgO)[16,17]影响生物油的质量。该催化剂通过裂解、脱氧、齐聚、环化、芳构化、烷基化、异构化和[18]聚合反应提高了热解油的质量。催化改造主要是提高生物油的热值(能量密度)。催化剂适应热驱动快速热解反应，产生高质量和更稳定的生物油[19];此外，催化剂[20]对产物的选择性也有显著影响。与催化剂负载有关，热解变化条件也影响热解产物的产率和组成。条件(操作参数)是回火，以指导热解反应所需的质量和数量的生物油。固定、流化床、间歇式和螺旋裂解的典型操作参数包括:生物质负载、生物质粒径、氮流量、热解温度和时间[21]。此外，Taarning等人[10]报道了生物油的组成取决于热解系统的类型、生物质原料、催化剂类型和反应条件。
学者们对催化热解的主要方面进行了广泛的探讨，如热解技术与过程、催化剂类型活性与失活、参数影响、生物质原料、反应机理等。之前，Akhtar amp; Saidina Amin[22]评估了分子筛催化生物质热解的严重度对所需生物油最高收率的影响。Lappas等[23]对沸石酸催化剂在生物质热解生产运输燃料中的应用进行了评价，但对生物质热解中的碱性催化剂关注较少。同样，Rezaei等人[24]回顾了几种酸性沸石催化剂在与热解条件相关的芳烃和烯烃选择性生产中的催化活性。Dickerson和Soria[25]对不同催化剂对热解反应的影响进行了评价，尤其关注了热解反应途径和机理。Isahak等人对生物质催化热解进行了综述，重点研究了生物质热解制生物油过程中的热解类型、热解剂、热解严重程度等。Galadima和Muraza[27]从催化剂拓扑和焦炭沉积在活性催化剂位点的角度讨论了沸石焦炭的失活。其影响主要是降低合成生物油中芳烃的收率;其结果是，生物油作为燃料前体的质量受到严重影响。此外，作者在[28]评价了参数的影响，形成了最终产品的分布，特别关注热解过程和生物炭的产量。专门介绍了建立生物质结构组分热解脱挥发物的反应途径，以及解释脱挥发物途径的主要动力学模型[29,30]。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
