生物质全组分热化学转化制取车用生物燃油的关键基础问题研究

我国石油供需严重失衡，发展车用生物燃油（生物质柴油/汽油）具有特殊的战略和现实意义。生物质制油研究较多，但油品成分复杂，需要严格的精制提质用于车用，导致成本过高，且其组分转化为油品的利用率低。本项目针对性提出生物质全组分转化制油思路，有效集成生物质预处理、流化床快速热解、焦炭/水相/生物油重质组分浆态床气化、热解气与气化气混合重整制取费托（F-T）合成气和生物油轻质组分提质，达到显著提高生物质柴油或汽油产率目的。研究内容包括：生物质原料和废油脂混合预处理过程分析；生物质流化床选择性热解机理与特性研究；浆态床中生物油重质组分、水相、热解残渣共催化气化特性；热解气和气化气重整变换制取费托合成气；生物油轻质组分化学法精制提质；全组分热化学转化的过程模拟。项目研究成果可为生物质全组分转化制取车用生物燃油的新技术路线提供理论支撑。

我国石油供需严重失衡，发展车用生物燃油（生物质柴油/汽油）具有特殊的战略和现实意义。生物质制油研究较多，但油品成分复杂，需要严格的精制提质用于车用，导致成本过高，且其组分转化为油品的利用率低。本项目考虑生物质结构和组成特点，针对性提出生物质全组分转化制油思路，有效集成雾化废油脂预处理生物质、流化床快速热解、焦炭/水相/生物油重质组分浆态床气化、热解气与气化气混合重整制取费托（ F-T）合成气和生物油轻质组分提质等技术，提高生物质全组分转化为车用燃油的收率和系统能量效率，降低车用替代燃料成本。实验结果表明：.1. 不同生物质原料的热解差异性较大，碳气油产物分布区别明显，单独生物质热解，产油率在27.6%-34.6%。添加废油脂后对生物质热解有明显促进作用，玉米芯与废油脂共热解时，温度 550ºC、混合比例为1:1 时，可获得最高产油率68.6%，生物油热值可达32.78 MJ/kg，生物油品质得到显著提升。.2. 生物油经酯化加氢精制改质后，当醇/油比为2:1，240ºC，6MPa操作条件下，使用1gMo-Raney-Ni催化剂，制得的有效车用替代燃料组分（复合醇）产率达87.1%。 生物油经HZSM-5催化裂化后，芳香烃产率达33%，氧含量从50%左右降低至2%左右，脱氧效果明显。.3. 生物油重质组分与热解半焦共气化，以11 wt% Ni/θ-Al2O3为催化剂，在800ºC，S/B=8，WbHSV=4的条件下得到氢气产率高达59.8%。.4. 当Ru含量为1%时，CO转化率达到62.8%，F-T合成生物燃油类烃的收率达到37.7％，包括约10.9％的异构烃。Mn助剂提高了Co在Co/SiO2催化剂上的分散，消弱了Co-Si之间的互作，提高了其催化活性，Co-(0.8%)Mn/SiO2上C5+的产率最高，为43.9%。.实现预期目标： 机理上阐明了生物质和废油脂共热解、多相组分共气化机理，解释了雾化油脂对生物质热解的协同促进机制；技术上形成了生物质与废油脂混合热解、生物油化学法改质、F-T合成等生物质全组分制备车用替代燃料的3项核心技术，有力支撑了我国生物质全组分转化制取车用生物燃油的研究地位。2012年获得天津市科技进步一等奖1项；授权7项国家专利；出版专著1部，发表SCI23篇，EI24篇；培养博士13名，硕士17名，举办5次国际学术会议，受邀做8次学术报告。