2060碳中和｜山东科技大学王翠苹教授：生物质催化热解制油及油品改性提质研究进展

生物质催化热解制油及油品改性提质研究进展

赵荣洋，杨美玲，李 杰，常国璋，王翠苹

山东科技大学 土木工程与建筑学院

研究背景

全球双碳背景下，宏观零碳排放的生物质成为重要资源，其高效利用至关重要。生物质热解油被认为最具替代化石燃油的潜力，其制备工艺简洁，易实现规模化。但热解获得的原生物油普遍具有酸度高、热值低、含氧量大、稳定性差等缺点。若将生物油应用于生产，还需提升其品质。

研究内容

比较了生物质热解过程中提高生物油品质的催化剂类型，着重介绍了原生物油分离为轻质组分和重质组分后分别改性提质的技术路线。针对轻质油组分的改性方法有水蒸气重整制氢、催化裂解、加氢脱氧、催化酯化等，催化剂类型以分子筛及贵金属为主；而重质油组分水含量低、黏性大，相关提质研究较少，目前报道以加氢、裂化、酯化、添加溶剂、气化为主。生物油提质改性方法中，催化剂、氢源、耗能高是限制其规模化和工业化应用的主要原因。

研究结论

1）生物质热解制油分为直接液化及间接液化技术，2种制油方式获得的生物油均具有酸度高、热值低、含氧量大、稳定性差等缺点。因此，生物油提质技术一直是研究热点。生物质热解过程中添加分子筛催化剂及贵金属催化剂有利于提升油品质，但成本较高且催化剂不易分离；MgO、CaO等碱土金属氧化物用作催化剂虽有助于提高油品质，但相对于分子筛及贵金属效果欠佳，故生物油后处理环节必不可少。

2）生物油组分复杂，包含轻、重质组分，二者理化性质差异较大，一同提质处理难以选择合适的催化剂，提质效率受到限制。轻重组分分离后，轻质组分水含量较多，常用的改性提质技术有水蒸气重整制氢、催化裂解、加氢脱氧、催化酯化等，催化剂类型多以分子筛及贵金属为主；而重质组分水含量低、黏性大，相关提质研究较少，目前报道应用主要以加氢、裂化、酯化、添加溶剂、气化为主，化学链路线的气化和油品脱氧研究仍处于初级阶段。

3）在众多生物油提质改性方法中，催化剂、氢源、耗能高限制了其规模化、工业化应用，本文提出以下建议：①开发高效低成本选择性宽的催化剂，选择低成本金属盐作为基础，少量添加贵金属进行改性，在降低催化剂成本同时保障其催化性能。改性提质的加氢脱氧中，可面向多种含氧组分催化脱氧；②寻求可替代的低成本氢源或避免氢源使用，将富氢的废弃物转化为氢气，或直接将其作为氢源，此外还可采用一定手段在不消耗氢源的前提下脱除生物油中氧元素；③简化生物油提质工艺及降低反应温度。可通过简化工艺降低设备投入及减少物料损失，通过优化反应参数降低反应温度，减少热能消耗。

王翠苹，教授，博士生导师，2005年毕业于清华大学，获动力工程及工程热物理工学博士学位。2010-2011年,于英国谢菲尔德大学做访问学者。从事燃烧源污染防治、有机固废化学链转化、储能材料开发等方面研究工作。青岛崂山区拔尖人才(山海英才)，宁夏自治区特聘专家，中国高等教育学会工程热物理专委会理事，国际燃烧学会会员，山东省节能协会理事。主持完成国家重点研发计划项目子课题、国家自然科学基金面上项目、国家黄河生态保护联合研究中心专项课题等项目10余项。发表学术论文80余篇，在Fuel、Chemical Engineering Journal、Energy Conversion and Management、Fuel Processing Technology、Energy等著名学术期刊发表SCI论文40余篇，获国家发明专利18项，获山东省科学技术三等奖、青岛市技术发明三等奖、山东省高等学校科技成果奖三等奖、中国颗粒学会自然科学二等奖等奖项。