加压CO/H2O介质中秸秆生物质催化液化制油过程及反应机理的研究

液体燃料的不足已严重威胁到我国的能源与经济安全，为此研究生物质液化制油技术对我国的能源安全保障具有重大的意义。生物质加压催化液化是最具有发展前景的生物质液化技术之一，备受世界各国关注。目前有关加压CO/H2O介质中生物质加压催化液化的研究工作少而且不够深入，仅初步研究了加压CO/H2O介质中生物质催化液化条件及产物的产率和品质，尚未涉及该系统下生物质催化液化的具体反应过程及机理。本项目以秸秆生物质为原料，对其在加压CO/H2O介质中的催化液化制油过程及反应机理进行了研究，同时研究了适合于秸秆生物质在此系统下液化的多效(变换、加氢、裂解)廉价金属催化剂。本项目研究获得了一些重要的规律性认识，如：还原性气氛(特别是CO气氛)可以明显提高农作物秸秆水热液化转化率及液相产物的品质；通过同时加强变换反应、CO直接脱O反应和脱羧反应，催化剂可明显改善液相产物的品质；均相催化剂条件下的液相产物表现为较小的分子量和较高的氧含量，而非均相催化剂条件下的液相产物表现为较大的分子量和较低的氧含量；均相催化剂条件下，具有相同阳离子催化剂的活性遵循COO->CO32->OH-，具有相同阴离子催化剂的活性遵循K+>Na+>Li+；非均相催化剂条件下，液化转化率和液相产物产率均按照JT-203＞JT-201＞JB-1的顺序递减。此外，本项目研究还获得了农作物秸秆水热液化较为适宜的工艺条件：反应温度为350-400℃；反应时间为15-35min；CO初压为3.0-6.0MPa；水/生物质质量比为4-7；催化剂添加量为3-5%。在此优化条件下，秸秆水热液化转化率达到99%，液相产物产率达48%，液相产物氧含量低至7%，液相产物热值高达41MJ/kg。上述研究成果为此系统下生物质水热液化理论的进一步认识作出了重要的学术贡献，不仅可为秸秆生物质加压液化技术的进一步开发提供理论基础和基础数据，而且可为其它生物质或有机质废弃物(如垃圾和来自废水的污泥)的有效利用提供参考。