NTP协同HZSM-5催化裂解生物油的机理研究

Straws and wood shavings will be used as raw material to prepare bio oil via pyrolysis liquefaction and the chemical mechanism of NTP-HZSM-5 synergetic catalytic pyrolysis will be revealed. GC-MS, TGA, FTIR methods will be adopted to analyze the chemical and physical properties of bio oil of varied raw material, and XPS and SEM will be applied to detect factors like material diversity which have impacts on catalyst performance. The emission spectrum of active particles of NTP will be monitored in real time. The regeneration of invalid HZSM-5 catalyst will be studied experimentally, on the basis of which a match model of NTP and catalyst will be established for elucidating the mechanism of regeneration process. NTP-HZSM-5 synergetic catalytic pyrolysis experiments will be performed with the combination of GC-MS, TGA, FTIR and OES, and then a chemical kinetic model will be built for exploring catalytic pyrolysis mechanism. Meanwhile, the components, themogravimetry, viscosity, caloricity，smoke point and other relative chemical and physical characteristics will be analyzed and evaluated, which will supply theoretical and experimental foundation for high efficiency catalytic pyrolysis of bio oil.

选取秸秆、木屑等进行热解液化制取生物油，揭示NTP协同HZSM-5催化裂解生物油的化学反应机理。利用GC-MS、TGA、FTIR等对不同原料生物油的理化特性进行分析，结合XPS、SEM等技术探索原料差异性等因素对催化剂性能的影响机理；开展OES实时监测NTP中活性物质的发射光谱，对失活形式各异的HZSM-5进行NTP再生实验研究，建立NTP与催化剂再生的匹配模型，分析再生过程的化学反应机理；针对不同原料生物油，利用OES与GC-MS、TGA、FTIR相结合，进行NTP协同HZSM-5催化裂解实验，建立化学反应动力学模型，探寻其中的催化裂解反应机制，同时对裂解后的生物油成分、热重、粘度、热值、烟点等理化特性进行分析评价，为高效催化裂解生物油奠定理论和试验基础。

本项目以秸秆生物质为对象，研究了真空热解及催化转化制取燃料油过程中一系列基础问题。首先，在分析生物质基本化学组成的基础上，建立了纤维木质类生物质热解动力学参数的预测模型；然后，在真空热解反应器上进行了生物质热解液化试验，分析并优化了热解液化工艺过程，分析了生物原油的理化特性及组成，揭示了生物原油不稳定性的作用机理；在此基础上，开展了HZSM-5分子筛在线催化裂解生物质热解气的试验，分析并优化了提质工艺过程，对比了生物油提质前后理化特性及组成等变化，探讨了HZSM-5催化提质反应路径；结合现代分析技术探究了在催化过程中HZSM-5的结焦特性和失活机理；对HZSM-5进行了磷和金属负载改性研究，考察了改性HZSM-5的催化选择性和抗结焦性能；搭建了低温等离子体喷射再生结焦失活HZSM-5的试验台架，研究了活性物质在不同温度下对焦炭的分解去除效果，分析了再生过程中的化学反应机理；采用自行设计的NTP辅助催化反应器，研究了催化剂温度、催化剂床层高度、反应器放电功率等参数对精制生物油得率和理化特性的影响，探寻了温度、催化剂床层高度、反应器放电功率等因素对精制生物油产率、含氧量、高位热值和pH值的影响规律。研究成果为高效清洁利用生物质能提供了理论和试验依据。