有机废弃物加压水热液化转化年轻石油的应用基础研究

Hydrothermal liquefaction (HTL) has recently received increasing attention due to its advantages in rapid reaction, no need to dry biomass and using wet feedstocks with no lipid-content restriction. These characteristics make HTL especially suitable for conversion of organic wastes into biocrude oil. Biocrude production from biomass is an innovative technology in terms of sustainability and energy security, compared to traditional crude generation. Eutrophicated algae, manure and cornstalk are used as the representative feedstocks of organic wastes and the conversion processes and kinetics during HTL will be investigated. Specifically, the conversion pathways of different wastes will be examined through the analysis of morphology, element structure, composition and group towards a deep understanding of HTL. The yield and quality of biocrude oil will be further improved through the additions of catalysts or waste hydrogen-rich organics in order to develop a strategy of coupling hydrothermal reaction with the updating of biocrude. This project will provide scientific foundation for the application of novel biocrude production from organic wastes.

有机废弃物加压水热液化具有不受含脂量限制、原料无需干燥、反应快等优点，其产品年轻石油（生物原油）组成与传统原油类似，可作为化石原油的重要补充。针对有机废弃物水热液化成油路径不清、油品含氮量、含氧量高等问题，本项目首先以富营养化藻（高蛋白质）、粪便（高油脂）及秸秆（高碳水化合物）三种代表性废弃物为出发点，研究其水热液化过程生物质转化动力学与产物分布，综合形态、结构、组分与基团分析，揭示三种有机废弃物成油的转化路径和规律，并比较生物原油与化石原油的特性；在此基础上，采取分子筛催化剂催化、废弃供氢体协同液化等手段探索“边反应边提质”的原油产率和品质改进策略。本项目将为有机废弃物制取新型原油的技术应用奠定科学基础。

有机废弃物加压水热液化具有不受含脂量限制、原料无需干燥、反应快等优点，其产品生物原油的组成与传统原油类似，可作为化石原油的重要补充。有机废弃物种类丰富，各组分含量不同，产油率、油品质量也会有所差异，而其成油路径还不是很清楚。本项目以三种代表性废弃生物质（富营养化藻、粪便及秸秆）为主，研究其水热液化产油潜力，并通过生物原油与原油性能地比较，阐明生物原油的优缺点。在此基础上，研究水热液化过程中水-废弃溶剂混溶及添加催化剂的提升原油品质的作用规律。结果表明，320℃, 60min滞留时间，10%含固量时浒苔生物原油产率最高，达到13.89%，生物原油热值为33.5MJ/kg。猪粪在340℃时生物原油产率最高为30.8%。猪粪生物原油主要含有酸酯类化合物，烃类，酚类及含氮化合物。以玉米秸秆为原料进行水热产油试验，结果表明，290℃时，生物原油产率最高，为23.32%，碳、氮、氢回收率可分别达到38.69%、10.38%、25.61%，能量效率为51%。在生物原油成分主要是低碳链烃类、酯类、醇类物质。重组分在生物原油所占比重较大。与传统原油相比，水热液化生物原油的粘度较高，密度较大，含氧、氮元素较高，因此生物原油后期的应用可能需要脱氧脱氮。另外，生物原油成分复杂，含有烃类、酸类、酯类、醇类、醛类和含氮化合物等，碳链较长，多为环状，不稳定，而常规石油的主要成分是烃类，比较稳定。在微拟球藻的水热液化过程中使用Fe/HZSM-5催化剂，在365℃时获得了最高的生物原油产率（38.1±3.2％），与未添加催化剂相比，生物原油的产量提高了25％。并且生物原油中的低分子量化合物增加了。利用废弃供氢体粗甘油与浒苔共液化的研究表明，粗甘油的加入显著提高了生物原油的产率和品质，粗甘油添加后浒苔液化生物原油的产率为38.71%，远高于浒苔水热液化产油率的13.35%，生物原油的氮含量降为0.96%，与石油中氮含量类似。并对催化剂及粗甘油促进产油的机制进行了探究。本项目为实现废弃生物质制取新型原油奠定了良好的科学基础，具有重要的理论意义和应用价值。