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生物质化学催化制备含氧燃料新技术
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  • 公布年份:
    2017
  • 中图分类:
    TQ517.4
  • 关键词:
  • 成果简介:
    针对生物质热化学转化(液体)产物升级成本高、效率低、不能实现分级转化以及全组分利用等主要问题,通过两条催化转化工艺路线,突破生物质制备清洁液体燃料中的关键共性技术,并实现系统耦合集成与工程示范。课题主要包括以下几个方面的关键技术:(1)以已有的生物质快速热裂解上游工艺为技术基础和出发点,对获得的生物油进行水相与油相(非水溶相)分离;油相生物油进入化学链制氢系统,在还原反应器中被载氧体氧化后,生成高温气体以及高温的金属还原体,而金属还原体在蒸汽制氢反应器中被氧化成低价金属氧化物的同时,释放出较纯的氢气,低价金属氧化物进入空气反应器再生后循环使用;而还原反应器中的释放的高温气体以及蒸汽制氢反应器中制备的高纯度氢气,用来提供(中温与低温)浆态床水相生物油催化加氢过程所需的热量和“氢源”,从而实现生物油催化加氢转化的“氢源自给”,催化加氢后的固液产物通过挥发器进行分离,固相催化剂进入再生系统实现多次循环利用,液体产物通过分馏提纯工艺获得(低碳链异构多元醇类)含氧液体燃料。通过建立相关的物理模型以及相关计算,完成整套系统中不同反应器的参数设计与运行参数优化,最终实现整套系统的集成以及千吨级生物质制备含氧液体燃料的中试装置的建设与调试,实现生物质制备含氧液体燃料的连续性生产。(2)生物油提质制备航空燃油技术,主要包括两部分内容:①从废弃油脂转化制得生物柴油后经电解脱氧技术获得直链烷烃,然后经加氢异构化获得航空生物燃料的烷烃组分;②从秸秆类生物质资源经过热解气化制取生物油,然后经过生物法处理、多级萃取提取出芳烃成分,经加氢重整制得航空生物燃料的芳烃组分。最后通过调和两种组分的比例,获得能替代常规航空燃料的生物质基航空燃油。取得的具体成果:(1)完成了生物油油相化学链制氢研究,并搭建了生物油水相小试加氢系统,设计了化学链制氢三联床联合运行动力学冷模和生物油制氢热态实验平台,对载氧体性能和运行工况进行了优化研究,获得了适合水相生物油加氢要求的“氢源”,制氢量超过加氢需求量;针对生物油水相小试加氢提出采用酯化-加氢的转化思路,并对加氢催化剂的设计与制备、水相生物油及其典型组分的酯化-加氢特性进行了系统的研究,最终在理想工况下多元醇类的选择性达到96%。(2)完成了千吨级含氧液体燃料中试系统总体物料和能量的衡算,确定了系统总体和各子单元的设计方案,并形成了工艺软件包,并完成了系统集成工程示范系统的搭建和调试工作,完成了72小时连续运行实验,所得多元醇选择性经第三方评价达到87%,含氧液体燃料产率达到5.54吨生物质制1吨多元醇类液体燃料,生物油总碳利用率达到89.3%。(3)建立了百吨级航空生物燃料示范装置,开发出生物质制备航空生物燃油新工艺及关键装备,并进行了72小时连续实验研究,结果经第三方检测,数据如下:芳烃收率64.2%,合成生物柴油油品转化率95.3%,生物柴油电解脱氧率93.3%,催化裂化异构化转化率为96.3%,精制萃取后生物油合成芳烃组分75.2%。(4)该课题共发表论文20篇,培养博士生8人、硕士生17人,此外,撰写专著1部,培养长江学者特聘教授2人,入选百千万人才工程1人,入选国家科技创新人才推进计划中青年科技创新领军人才1人。
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