生物质转化及生物质油精制的研究进展
生物质能转化技术的进展
生物质能转化技术的进展能源是人类社会发展的重要物质基础，随着传统化石能源的逐渐枯竭以及环境问题的日益严峻，寻找和开发可持续的、清洁的新能源成为了当今世界的紧迫任务。
生物质能作为一种可再生能源，具有来源广泛、储量丰富、环境友好等优点，其转化技术的研究和发展备受关注。
生物质能是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。
生物质能的储存形式多样，如木材、农作物秸秆、畜禽粪便、生活垃圾等。
这些生物质资源可以通过不同的转化技术，将其转化为有用的能源形式，如热能、电能、生物燃料等。
目前，生物质能转化技术主要包括直接燃烧、热化学转化和生物化学转化三大类。
直接燃烧是最古老也是最常见的生物质能利用方式。
通过将生物质直接在炉灶、锅炉或壁炉中燃烧，产生热能用于供暖、炊事或工业生产。
然而，这种方式的能源利用效率较低，且容易造成环境污染。
为了提高燃烧效率和减少污染，现代的生物质直接燃烧技术通常采用先进的燃烧设备和尾气处理装置，如流化床燃烧炉和生物质气化联合循环发电系统等。
热化学转化技术主要包括气化、热解和液化。
生物质气化是在一定的温度和气化剂（如空气、氧气、水蒸气等）的作用下，将生物质转化为可燃气体，主要成分包括一氧化碳、氢气、甲烷等。
这些可燃气体可以用于发电、供热或作为化工原料。
生物质热解则是在无氧或缺氧的条件下，将生物质加热到一定温度，使其分解为生物油、炭和可燃性气体。
生物油可以进一步提炼为燃料油或化工产品，炭可以用于土壤改良或作为燃料，可燃性气体可以用于发电或供热。
生物质液化是将生物质在高温高压和催化剂的作用下，转化为液体燃料，如生物柴油和生物乙醇等。
生物化学转化技术主要包括发酵和厌氧消化。
发酵是利用微生物（如酵母菌）将生物质中的糖分转化为乙醇。
这种乙醇被称为生物乙醇，可作为汽车燃料与汽油混合使用。
然而，生物乙醇的生产受到原料供应和生产成本的限制，目前主要以粮食作物（如玉米、小麦）为原料，存在着“与人争粮”的问题。
生物质转化的最新研究进展
生物质转化的最新研究进展生物质转化是指将生物质转化为生物能源、化学品、材料和生物炭等高值产品的过程。
它是一种将生物质作为可再生原料来生产高附加值产品的重要技术手段，具有广阔的应用前景。
当前生物质转化领域正经历着快速发展和巨大变革，本文将介绍一些相关的最新研究进展。
一、生物质转化的背景和意义生物质是指附着在地球表面各种植物、微生物等有机体上的可收获并能直接或间接用于食品、饲料、能源、化工、材料、纺织、生态环境等用途的原材料。
随着全球人口的增长和现代化进程的加速，资源短缺、环境污染、能源危机等问题日益凸显，转化生物质成为生物能源、化学品、材料和生物炭等高值产品成为研究和发展的重要方向。
生物质转化技术主要包括热化学和生物转化两种。
热化学转化是指通过高温处理将生物质转化为固体、液体或气体燃料或化学品。
生物转化则是通过微生物或酶类催化的过程将生物质转化为生物燃料、化学品和材料等。
二、生物质转化的最新研究进展1. 生物固态发酵技术近年来，生物固态发酵技术已经成为了生物质转化的重要方式之一。
它利用生物质中微生物消化能力和代谢产物的协同作用，将生物质转化为高附加值的有机酸、酵母蛋白、单细胞蛋白和菌体等生物制品。
这种方式具有易操作、安全可控、高效节能的优点，与传统的细菌液态发酵相比，所得产品纯度更高且产量更大。
同时，其废弃物也可以用于生物炭的制备，具有很好的经济和环境效益。
2. 生物能源的利用生物质能源是基于生物质资源的开发，将其转化为可再生能源的一种方式。
目前生物能源主要包括生物油、生物气、生物质炭等。
其中生物质炭是一种绿色环保的燃料，可以取代传统的化石燃料，广泛应用于烟囱修复、土壤改良、固碳减排等领域，具有很大的潜力。
同时，生物气和生物油可以作为燃料直接用于锅炉和炉子的燃烧。
而且生物油还可以进行插秧、喷灌等作业和制备颗粒状燃料，具有很好的利用前景。
3. 生物质材料的制备生物质材料是利用生物资源，结合化学、物理等多种手段进行制备的材料产品。
生物质转化技术的研究与发展
生物质转化技术的研究与发展随着能源危机不断加剧，人们开始寻找替代石化能源的方法，生物质转化技术便应运而生。
生物质转化技术是指将植物、动物等有机物质通过化学、生物、物理等手段，将其转化为有用的能源或化学品的技术。
具有广泛的原料来源，环保、可持续、多样化等优点，备受市场欢迎。
本文将简要介绍生物质转化技术的研究与发展现状。
一、生物质转化技术的分类目前，生物质转化技术主要包括生物质能源转化、生物质化学品转化、生物质材料转化和生物质废弃物综合利用。
其中，生物质能源转化主要指将生物质转化为生物质能源如沼气、生物柴油等等。
生物质化学品转化主要是将生物质转化为化学品如生物基化学品等。
生物质材料转化是指将生物质转化为材料如生物基塑料等。
生物质废弃物综合利用则是将生物质废弃物转化为有用的物质如生物质炭等。
二、生物质转化技术的发展现状随着对环保的重视以及对石化能源的日益短缺，生物质转化技术在全球范围内得到了快速的发展。
目前，生物质转化技术已经成为了可再生能源的重要组成部分，在农业、林业、城市垃圾处理等众多领域都有广泛应用。
生物质转化技术的研究和发展主要集中在以下几个方面：1.生物质能源转化技术的研究生物质能源转化技术是生物质转化技术中最为主要的分支。
其中，生物质发酵技术是指利用生物发酵过程将有机物质转化为沼气、生物乙醇等；生物质燃烧技术是指利用生物质燃烧产生高温高压，将水转化为蒸汽，从而驱动发电机产生电能等。
此外，还有利用生物质转化为生物柴油等。
2.生物质化学品转化技术的研究相对于生物质能源转化技术，生物质化学品技术的研究相对较少。
生物质化学品转化技术采用生物催化剂，将生物质转化为化学品，常见的有生物基乙二醇、生物基丁二酸等。
3.生物质材料转化技术的研究生物质材料转化技术主要研究如生物基塑料、木质纤维板、纸浆等生物材料的制造技术。
目前，生物质材料转化技术尚处于研究阶段，但随着环保意识的提高，其前景广阔。
4.生物质废弃物综合利用技术的研究生物质废弃物转化利用技术主要是指将生物质废弃物转化为有用物质或能源的技术。
生物油的制备及其应用研究
生物油的制备及其应用研究一、引言生物油指的是通过生物质材料转化而成的液态燃料，具有低排放、可再生、替代化石能源等优点，因此受到广泛关注。
本文将在介绍生物油的制备方法的同时，探讨其在能源、化工、农业、医药等领域的应用研究。
二、生物油的制备方法1. 热解法热解法是指将生物质材料在高温下加热，使其分解成为可燃性气体和液态燃料。
目前最主要的热解方法是快速热解（pyrolysis），其特点是反应时间短、产物分布广、适用范围广。
优点在于生产设备简单、产品分布可控、产物质量稳定，但对原材料要求高。
2. 生物质气化法气化法是指利用空气、氮气或蒸气将生物质材料分解成一系列气体和液态燃料。
该方法最为广泛使用的是空气气化法（air gasification），该方法易于操作，实施成本低，但产物中含有大量氮气，使燃烧效率低。
3. 生物质液化法液化法是指将生物质材料溶解在溶剂中，形成含有大量氢气的混合物。
常用的液化剂有水、生物质油和有机溶剂。
该方法适用范围广，能使材料得到高度利用，但存在成本高的问题。
三、生物油的应用研究1. 能源领域生物油因其可再生、低排放、代替化石能源等优秀的性能，在能源领域的应用研究十分广泛。
生物油可以用来代替化石油，用于发电、工业蒸汽锅炉燃料、船舶燃料、温室暖气等领域。
根据研究显示，生物油的热值和燃烧效率与石油类似，同时具有更低的硫含量和碳排放量，对环境污染更少。
2. 化工领域生物油在化工领域的应用主要体现在生产润滑油、塑料、化妆品等方面。
研究发现，生物油可以用来生产生物基润滑油，具有可再生性和低污染性，同时可以降低石油对环境的影响。
生物油还可以被用来替代石油在合成塑料的生产中。
由于生物油的含氧量高，故可以在合成过程中减少酸值，并且生物塑料的在环保方面具有优势。
3. 农业领域生物油在农业领域的应用主要体现在作为农业燃料和农业化肥等方面。
生物油可以应用于农业种植中，作为农业燃料可以代替柴油，减少大气污染；作为生物肥料，生物油的氮素和磷酸盐成分可以为作物提供良好的养分，对于农作物的生长有积极的作用。
生物质转化与生物炼制技术
生物质转化与生物炼制技术随着全球能源需求的不断增长，对非可再生能源的依赖日益加重，为了解决能源问题，许多国家已经开始重视可再生能源的发展。
生物能源是其中一种重要的可再生能源，而生物质转化与生物炼制技术则是生物能源发展的重要途径。
一、生物质转化技术生物质转化是将有机质分解为基本的有机分子，称之为"生物体内裂解"，质量转化过程中的产物具有很高的活性，这些产物可以被用于物种养殖、有机肥料、能源、精细化学品等方面。
生物质转化技术的主要方法包括物理、化学、生物、热化学等方法。
物理方法主要是利用机械、振动、切割等物理力量使生物质成分发生改变，例如把秸秆碎成小段、木材粉碎成木屑等。
化学方法主要是利用化学试剂对生物质进行化学加工，例如利用化学方法将纤维素和半纤维素变成低糖系数的糖液，并用糖液获得生物酒精等。
生物方法主要是利用生物学的原理进行微生物代谢，生物转化可以将生物质分解为更多原始有机物的成分，这些成分可以进一步加工制产生生物油、生物气、生物质炭等。
热化学方法主要是利用化学反应来改变生物质的性质，例如高温热解、裂解、气相分解等，使生物质转化为化学原料或能源。
二、生物炼制技术生物炼制技术是将生物质转变为高附加值化学品、能源和材料的过程。
生物炼制技术包括基于微生物的发酵和化学工程的处理两种。
基于微生物的发酵是利用微生物代谢活性将生物质转化为有用的化学物质或能源，如把纤维素转化为乙醇、氢气、丙酮、有机酸等。
化学工程的处理是指利用化学反应将生物质中的糖、脂肪、蛋白质等有机成分转化为有用的化学物品，如：将脂肪酯分解为甘油和脂肪酸，把糖分解为羧酸等等。
三、技术创新和发展趋势为了推动生物质转化和生物炼制技术的发展，必须不断推进技术创新。
当前，生物质转化和生物炼制技术的主要发展趋势有以下几点：1.抽取高含糖类生物质作为原料。
研究表明，高含糖类生物质在生物油和生物酒精的生产中表现出更高的生物活性和经济效益。
生物质的化学转化及其应用研究
生物质的化学转化及其应用研究生物质可以被定义为一切来自可再生资源的物质，包括木质素，纤维素，半纤维素，淀粉，蔗糖等，这些物质可以通过化学转化变为生物燃料和化学品。
生物质的化学转化技术已经成为当前可持续发展的热点领域之一，具有可再生、可降解、无毒无害等诸多优点，本文将对生物质的化学转化及其应用研究进行深入探讨。
一、生物质的化学转化技术1. 糖类的转化生物质主要由纤维素、半纤维素、木质素等聚合物以及蛋白质、脂类和碳水化合物等小分子组成，其中碳水化合物即糖类占据很大的比重。
因此，糖类的转化是生物质的主要化学转化路线之一。
糖类的转化技术主要通过裂解、加氢、缩合、氧化等反应途径进行。
2. 纤维素的转化纤维素是构成植物细胞壁的基本物质之一，其可转化为生物质燃料和化学品的方法主要有：酸催化裂解、碱催化裂解、生物转化、化学处理等。
3. 木质素的转化木质素是植物细胞壁中的次要成分，其化学结构复杂而多样，难以被生物降解。
生物质中含有的木质素是可以通过热解、氧化、还原和酸碱处理等手段进行转化。
二、生物质的应用研究1. 生物质燃料生物质燃料是指以植物生物质为原料生产的各种燃料，如生物柴油、生物乙醇、再生可持续的纤维素醇等。
生物质燃料具有独特的优点，如天然环保、资源可续、CO2排放低等，但也存在一些长期的技术问题，如生产成本高、燃料适用性差等难题需要解决。
2. 生物基化学品生物基化学品是由生物质衍生而来的各种有机合成化学品，如生物基宽带、生物基涂料、生物基石油、生物基颜料等。
生物基化学品由于其原料来源可持续性强和具有良好的可降解性，可以用来替代传统的石化化学品，在提高可持续发展能力和环境友好性方面具备很大的潜力。
3. 生物质塑料生物质塑料是由生物质转化而来的一类塑料，包括聚乳酸、淀粉聚合物等，其可以被有效的回收利用和降解。
相比传统塑料，生物塑料对环境的影响更小，更易于回收利用，具有更好的可持续性。
三、总结与展望生物质的化学转化技术将生物质转化为生物燃料和化学品的过程不断完善，其在生物质资源保护和资源高效利用方面具备重大的潜力。
生物质快速热解与生物油精制研究进展
生 物 质 快 速 热 解 与 生 物 油 精 制 研 究 进 展
王 予 ，马文超 ，朱 哲 ，陈冠益
（ ． 津大学 环境 科学与工程学 院 内燃机燃 烧学 国家重点 实验 室，天津 ３０ ７ ； １天 ０ ０ ２
２ 中国科 学 院 广 州 能 源 研 究 所 ，广 东 广 州 ５０ ４ ） ． １６０ 摘 要 ： 文 综 述 了生 物 质 快 速 热 解 与 生物 油精 制 工 艺 。 阐 述 了快 速 热 解 的 机 理 、 艺 以 及 影 响 因素 ； 绍 了生 物 油 的 本 工 介
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｂ ｏ ｓ ａ ｔ ｙ ｏｙ ｉ ｎ ｐ ｇａ ｉｇ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｉ－ ｉ ｗ ｒ ｅ ｉｗ ｄ ｉ ｈｓｐ ｐ ｒ ｈ ｅ ｃｉ ｎ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｓｒ ｃ ： ｈ ｉｍａ ｓｆ ｓ ｐ ｒ ｌｓｓａ ｄ ｕ —ｒ ｄ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｆ ｒ ｏ ｏｌ ｅ ｅ ｒ ｖｅ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ．Ｔ ｅｒ ａ ｔ ｃ ａ ｉｍ， ｙ ｂ ｏ ｏ ｅ ａｉｎ ｌ ｒ ｃ ｓ ｎ ｎ ｕ ｎ ｉｇ ｆ ｃｏ ｓｗｅ ｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ｐ ｒ ｔ ａ ｏ ｅ ｓａ ｄ ｉ ｆ ｅ ｃ ｎ ａ ｔｒ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ，ａ ｅ１ ｈ ｈ ｒ ｃ ｅｉｔ ｓ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓｏ ｉ — ｉ ｗ ｒ ｕ ｏ ｐ ｌ ｓｗ ｌ ．Ｔ ｅｃ ａａ ｔ ｒ ｉ ｎ ｏ ｏ ｅ ｔ ｆｂ ｏ ｏｌ ｅ ｅ ｓ ｍｍｅ ｓｃ ｄ ｕ ．Ｔ ｒ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｓ ｉｃ ｕ ｉ ｇ ｈ ｄ ｏ ｅ ａ ｉｎ，ｃ ｔｌ ｔ ｙ ｏｙ ｉ ａ ｄ ｅ ｌｉ ｃ ｔ ｎ， ａ ｄ ｔ ｅｒ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ，ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｎ ｐ ｈ ｅ ｒ ｃ ｓｅ ， ｎ ｌ ｄ ｎ ｙ ｒ ｇ ｎ ｔ ｏ ａａ ｙｉ ｐ ｒ ｌｓｓ ｎ ｍｕ ｓｆ ａｉ ｃ ｉ ｏ ｎ ｈ ｉ ｃ ａ ｉｍ ｄ ａ ｔｇ ｓ ａ ｄ ｄｓ ｄ ａ ｔ ｇ ｓ ｗ ｒ ｌ ｓｒｔ ｄ ｉａ ｖ ｎ ａ ｅ ｅ ｅ ｉ ｕ ｔａｅ ．Ｆ ｎ ｌ ｌ ｉ ａｌ ｈ ｅ ｏ ｃｕ ｉ ｇ ｒｍａ ｋ ｏ ｈ ｏ ｎ ｔ ｒ ｒ ｎ ｉａ ｅ ｎ ｅ ｏ ｙ，ｔ ｒｅ ｃ ｎ ｌｄ ｎ ｅ ｒ ｓｆ ｒｔ ｅ ｃ ｍｉ ｇ ｆ ｕ ｅ ｗｅ ｅ ｉ ｄｃ ｔｄ ａ ｄ ｒ ｃ ｍｍｅ ｄ ｄ ｕ ｎ ｅ． Ｋｅ ｒ ｓ ｂ ｏ ｓ ；ａ ｔｐ ｒ ｌ ｓ ； ｉ— ｉ； ｐ ｒ ｄ ｎ ｂ ｏ ｅ ｅ ｇ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｍａ ｓ ｆｓ ｙ ｏｙ ｉ ｂ ｏ ｏ ｌ ｕ ｇ ａ ｉｇ； ｉ － ｎ ｒｙ ｓ
生物油精制改性技术研究进展
１ 生 物 油精 制
１１ ． 催化加氢
０ 引 言
随着石油资源 的 日益短缺 ，生物质 资源越 来越 受到人 们关注＿ 。生物质 经过快 速热 裂解 ，并迅 速冷 凝 ，得 到 １ ］
的黑色伴有刺激性气 味 的粘 稠液体 即为 生物油 。生物油 是 生物质利用 的一种 高效 途径 。由于成分 复杂 、热值低 、含 氧高 、腐蚀性强和稳定 性差等 缺点 阻碍 了其 替代 石油作 为
研究进展 。但生物油诸 多缺 点的根本 原 因是 其复 杂 的物 质 组成和化学 结构 ，生物 油 中含有 几乎 所 有 的含 氧官能 团 ， 使得生物油在存放 时稳 定性较差 ，易发 生交联 和缩合 ，导
致黏度上升［ ，通过化 学改性 改变 其结 构和成 分 ，才能 有 ６ ］ 效 的对生物油精制 和利用 。本 文综述 了 国内外生 物油化 学 精制技术研究进展情况 ，并分 析了其 发展趋势 。
中国材料科技 与设 备 （ 双月 刊）
生物油精制改性技术研究进 展
２ｌ Ｏ １年 ・ ６ 第 期
生 物 油 精 制 改 性 技 术 研 究 进 展
李静’ ，蒋剑春 ，徐俊 明，戴伟娣
（ 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 ，国家林业局林产化学工程 重点 开放性实验室 ，江苏 南京 ２０４） １０ ２
－
氢 的 Ｈ／ Ｃ比率增大 、ｏ／ ｃ比率减小 ，且生物油蒸气通过催 化剂床层时 ，由于气 固相接触 的覆盖度 较低 ，提 高 了催 化
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化学与生物工程2010,Vol.27No.9综述专论 Chemistry &Bioen gineering1基金项目:国家林业局948项目(2006 4 C05),中国林科院林业新技术所基本科研业务费专项基金资助项目(CAF IN T 2008C07),林业公益性行业科研专项资助项目(200904026)收稿日期:2010-05-31作者简介:王勇(1986-),男,湖北崇阳人,硕士研究生,研究方向:生物质化学利用;通讯作者:秦特夫,研究员。
E mail:satanwy @163.co m,qintefu@w oodfor est 。
生物质转化及生物质油精制的研究进展王 勇,邹献武,秦特夫(中国林业科学研究院木材工业研究所,北京100091)摘 要:目前,生物质热解和生物质液化是两种有效的生物质转化技术,其转化所得生物质油有望替代化石燃料。
但是生物质油的高含氧量、低热值和化学不稳定性影响其广泛应用,对生物质油进行精制以改善生物质油品质,是当前研究的热点。
介绍了生物质常用的转化技术 生物质热解和生物质液化,并比较了这两种工艺所得生物质油的特性,评述了油品精制工艺,为生物质油利用提供参考。
关键词:生物质转化;热解;液化;生物质油品质;精制中图分类号:T Q 517 文献标识码:A 文章编号:1672-5425(2010)09-0001-05生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式,是以生物质为载体的可再生能源。
我国生物质资源十分丰富,资源总量超过30亿t a -1,相当于10亿t a -1油当量,约为我国目前石油消耗量的3倍。
其中,每年仅农作物秸秆和农副产品谷壳等就有7亿多吨,除30%用作饲料、肥料和工业原料外,约60%可以作为能源使用[1]。
由于化石能源的逐渐枯竭及其不可再生的严峻形势,使得开发可再生能源、更新能源结构、维持人类可持续发展的研究格外引人注目,生物质转化的研究也因此受到重视[2,3]。
生物质油是生物质在非热力学平衡条件下分解反应的产物,是由木质素、纤维素和半纤维素通过解聚过程得到的,成分复杂且对热不稳定,是初级的液体燃料[4,5]。
因此,需检测了解生物质油性质,对生物质油进行精制以改善其品质,从而满足生物质油作为燃料油的要求。
作者在此详细介绍了两种生物质转化技术 生物质热解和生物质液化,比较了这两种转化技术所得生物质油的化学组成,评述了生物质油精制技术。
1 生物质转化技术生物质的转化技术很多,主要有直接燃烧、生物发酵和热化学转化等[6~9]。
目前,生物质制备液体燃料的方法见图1。
生物质热解和生物质液化是制备生物质油最常用图1 生物质制备液体燃料的方法Fig.1 Methods for production of liquid fuels from biom ass的两种方法。
生物质热解是指在隔绝空气或通入少量空气的条件下,利用热能切断生物质大分子的化学键,使之转变为小分子物质的过程。
从对生物质的加热速率和完成反应时间来看,生物质热解工艺基本上可以分为两种类型:一是慢速热解;二是快速热解。
在快速热解中,当完成反应时间极短(<0.5s)时,又被称为闪速热解。
具体工艺参数比较见表1。
表1 不同热解类型主要运行参数[10]Tab 1Main operation param eters of differenttypes of pyrolysis参数慢速热解快速热解闪速热解反应温度/!300~700600~1000800~1000升温速率/! s -10.1~110~200>1000停留时间/s >6000.5~5<0.5物料尺寸/mm5~50<1粉状快速热解主要产物是生物质油。
慢速热解的产物以木炭为主,产炭率最高可达35%。
而闪速热解的产物以可燃性气体为主。
生物质液化的研究始于20世纪70年代,近40年来,生物质液化的研究主要集中在液化工艺的探索、液化机理的研究和液化产物的综合利用这三个方面。
目前采用的主要液化工艺还是用苯酚或多元醇作溶剂,在酸性、碱性或金属盐存在的条件下,将未经任何化学处理的生物质进行液化。
有学者用一元醇作溶剂、浓硫酸作催化剂,在密闭的条件下对木粉进行液化[11],液化率最高能达到80%,但该液化法对木质素的液化效果不理想,产物中以木质素降解产物为主的重质组分含量较高,还需要进一步处理。
还有学者将超临界流体技术应用到生物质液化中,Chumpoo等[12]研究了在超临界乙醇条件下对甘蔗渣的液化,甘蔗渣转化率可达99. 9%,液化油得率最高可达73.8%,所得液化油的热值为26.8MJ kg-1,虽然比甘蔗渣的热值(14.8MJ kg-1)有很大提高,但相比于汽油的热值(40MJ kg-1),超临界流体液化油还需要进一步精制,以提高热值。
与生物质热解技术相比,生物质液化技术可以生产出物理稳定性和化学稳定性都更好的液体产品。
2 生物质油性质及化学组成生物质油主要由一些相对分子量较大的有机化合物组成,是非常复杂的混合物,其物理化学性质取决于生物质原料的种类、裂解方法和产物分离效率等因素。
不同裂解方法制备的生物质油与普通石油在性质上有明显区别,生物质快速热解油、生物质液化油和石化重油的性质见表2[13]。
由表2可知,生物质快速热解油相比于传统的石化重油有更高的含氧量和含水率,因而其热值较低,仅为16~19M J kg-1[14]。
而生物质液化油含氧量和含水率远低于生物质快速热解油,因而其热值也更高,达到34MJ kg-1。
生物质快速热解油呈酸性,pH值为2.5,可溶于水,而生物质液化油不溶于水。
生物质油主要是由酸、醛、醇、酯、酮、糖、苯酚、邻甲苯酚、丁香醇、呋喃、木质素衍生取代酚、提取物衍生萜和水等组成的混合物,其组分很复杂,化合物种类多达数百种[15]。
这些化合物来源于组成生物质的三大素(纤维素、半纤维素和木质素)的解聚和裂解反应。
其中糖类、多种含氧化合物以及呋喃等化合物来自纤维素和半纤维素的裂解,愈创木酚及丁香酚等来自木质素的裂解。
表2 生物质快速热解油、生物质液化油及石化重油的典型性质Tab 2 Typical properties of biomass fast pyrolysis bio oil,biomass liquefaction bio oil and heavy fuel oil性质生物质快速热解油生物质液化油石化重油含水率/%15~30 5.10.1pH值 2.5密度/g mL-1 1.2 1.10.94元素含量/%C54~587385H 5.5~7.0811O35~4016 1.0N0~0.20.3灰分0~0.20.1热值/M J kg-116~193440粘度(50!)/cP40~10015000(61!)180固含量/%0.2~11抽提残渣/%501Suat等[16]快速热解石榴籽所得油品,经气相色谱-质谱联用仪分析,发现其主要含有苯衍生物、芳香化合物以及酸酯烷烃类多环芳香烃等有机化合物。
同时该热解油品中含有大量醛类和酮类化合物,使得其具有很强的亲水性,因此含水率高且水分不易除去。
Sipil 等[17]对稻草和松木等热解制取的生物质油进行分析,并将其分为溶于水的组分(水相)和不溶于水的组分(油相)两大类,经定量测定水相主要成分的组成,发现水相占生物质油质量的60%~80%,主要由水、小分子有机酸和小分子醇组成。
油相经正庚烷萃取、柱层析分离后分析发现,甲基呋喃占正庚烷萃取物质量的14.17%、苯乙醇占12.38%、酚类占51%。
Zhang等[18]以乙二醇作溶剂、硫酸作催化剂,在190!、常压条件下对甘蔗渣进行液化。
反应粗产物分离为三个组分:水相组分、丙酮可溶组分以及残渣。
通过红外光谱、凝胶渗透色谱和元素分析,发现残渣主要是不溶于丙酮和水的纤维素和木质素衍生物,丙酮可溶物主要是木质素降解物,而水相主要是小分子的醛、酮、醇、酯、酚类以及羧酸类有机化合物。
3 生物质油精制生物质油由于高含水量、高含氧量、强腐蚀性、强酸性和化学组成复杂等,必须经过精制以降低其含氧量、提高品质。
目前生物质油精制方法主要有催化加氢法、催化裂解法、催化酯化法以及分级精制法等。
3.1 催化加氢法基于石油化工领域广泛应用的催化加氢工艺可以进行生物质油催化加氢。
由于生物质油中含氧量远高于硫和氮的量,因而生物质油加氢过程主要是催化加氢脱氧(H DO)。
由于生物质油包含大量的不饱和化合物,催化加氢也是对其中的不饱和化合物进行催化加氢反应使其饱和。
催化加氢工艺一般在300~ 400!、氢气压力7~14M Pa下进行的,催化剂为预硫化处理的CoM o、NiM o、NiW以及Pd/C和Pt/C 等[19,20]。
生物质油含有大量的酚、醛、酮类物质,因此脱氧主要通过与氢气反应造成碳氧键断裂,使氧元素以H2O或CO2的形式除去。
适度加氢可以使反应性较强的不饱和化合物转变为饱和化合物,或使不稳定的醛基转化,从而提高生物质油的稳定性及其能量密度。
Xu等[21]研究镍基催化剂对乙酸的催化加氢,发现M o 10Ni/ Al2O3对乙酸加氢反应活性最大,乙酸加氢后的转化率为33.2%。
而将M o 10Ni/ Al2O3用于生物质油的催化加氢可使生物质油pH值从2.16上升到2.84,含水率从46.2%上升到58.99%,H元素含量从6.61%上升到6.93%,同时生物质油的粘度也有一定程度的下降。
通过GC M S分析,精制后的生物质油酯含量比精制前提高了3倍。
Zhang等[22]研究了Co M o P催化加氢裂解生物质快速热解产物中油相组分的反应,发现在反应温度为360!、反应时间为30m in、氢气压力为2MPa的条件下,精制生物质油的含氧量从精制前的41.8%降到3%,密度从1.12g m L-1降到0.93g m L-1。
生物质油含氧量的下降,使其热值上升,而密度的降低也使其粘度以及流动性能有所改善,便于运输和储藏。
由于生物质油组成复杂,许多研究均利用与生物质油中主要化合物结构相似的模型化合物来研究生物质油的加氢机理。
Zhao等[23]通过对苯酚以及一些含甲氧基的酚类化合物进行催化加氢,分别以Pd/C、Pt/C、Ru/C、Rh/ C为催化剂,在温度为200!、5M Pa氢气压力下反应30min,最后模型化合物都能转化成环己醇类化合物,在相同的温度压力条件下加入磷酸溶液,环己醇最后均能转化为环己烷。
Yang等[24]也是以苯酚为模型化合物,研究其催化加氢反应机理。
由于热解生物质油中含有大量的羧酸类物质,因而以乙酸作模型化合物可以研究生物质油中的羧酸类物质以及含羰基化合物的催化加氢反应,并将最优工艺条件直接应用于生物质油的催化加氢反应。