基於有機組分互動作用解析的生物油受熱成焦機理研究

《基於有機組分互動作用解析的生物油受熱成焦機理研究》是依託華中科技大學，由汪一擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於有機組分互動作用解析的生物油受熱成焦機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：汪一
• 依託單位：華中科技大學

項目摘要

生物油的大多數套用工藝需將其加熱，此過程會產生積碳從而造成各種負面影響，阻礙其商業化套用。明確生物油受熱成焦機理是解決上述問題的基礎。生物油化學成分複雜，在受熱過程中碳焦的生成不僅源自某一特定物質或組分，還源自不同組分之間複雜的互動反應。因此，研究生物油組分間互動作用對於碳焦生成的影響機制是闡明生物油受熱成焦機理的關鍵。本課題基於前期研究基礎，藉助先進測試技術，通過對生物油組分按成焦特性進行分類，分別探討涉及碳焦生成的特徵組分機理和特徵組分互動反應機理，從而系統深入研究生物油受熱過程中碳焦生成機制與機理，並建立包含互動反應影響因子的生物油熱解成焦動力學模型，為抑制生物油熱處理過程碳焦生成提供理論依據。

結題摘要

本項目開展了生物油受熱過程中的結焦特性研究。項目團隊首先對生物油的特徵組份進行分離，研究了生物油各特徵組分獨立受熱成焦機理，結論表明在低溫下(< 500°C)，輕質組分更易於結焦；而在高溫下(> 500°C)，芳香組分更易於結焦，並基於氣、固、液三態產物分布及組分變化，獲得了生物油各特徵組分的結焦特性。項目團隊進一步對比研究了原始生物油、調製生物油和生物油特徵組份的結焦特性。結論表明，生物油中不同化合物在熱解過程中可以相互反應，並且互動反應在不同溫度和升溫速率下是不同的，這種互動反應會顯著影響生物油的結焦特性。項目團隊在對反應過程中的自由基進行表征後發現，自由基反應顯著影響生物油的結焦過程。生物油中輕質組分和芳香組分可以裂解產生自由基碎片，通過自由基的重組以及聚合反應可以形成更大的分子(焦炭)，起到“橋樑”的作用。項目團隊進一步通過對比解析生物油全組分及特徵組份的受熱演化及結焦特性，明晰了生物油中輕質組分與芳香組分間通過交聯聚合反應路徑影響生物油受熱結焦的反應過程。通過耦合上述反應機理模型，構建了完整的非線性結焦動力學模型。另外，團隊成員對生物油中重質組分（結焦的重要前驅物）的演化特性進行了深入研究，利用自主開發的數據解析算法獲得了生物油熱解過程中重組分演化特性。團隊同時提出了基於上述非線性結焦動力學模型的低溫預重整和高溫Ni基催化重整結合的兩段式水蒸氣催化重整生物油技術，結果表明，基於此方案，能有效抑制Ni基催化劑上的積碳生成，顯著提高了催化重整效率。