《生物質原位半焦催化裂解焦油反應過程機理研究》是依託中國礦業大學，由郭飛強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：生物質原位半焦催化裂解焦油反應過程機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：郭飛強
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
焦油問題是生物質熱解轉化過程中的重要難題，目前儘管從工藝上證實了生物質半焦能夠實現焦油的催化裂解，但二者反應過程的本質作用原理尚不清晰。基於此，本課題從生物質熱解過程半焦結構特性和表面官能團演變規律出發，提出生物質原位半焦催化裂解焦油的基本方法，分析原位半焦與焦油反應過程主要官能團斷裂變化規律，結合半焦表面官能團賦存方式建立原位半焦催化活性評估方法。同時，研究原位半焦催化裂解焦油過程各級反應形式，分析半焦表面反應氣混合流場結構、溫度場分布、傳質和傳熱過程等對焦油裂解和重整反應的影響規律。在此基礎上，建立原位半焦催化裂解焦油分子動力學模型，模擬半焦與焦油分子互動作用過程主要物質和能量變化，解析焦油裂解過程主要基元反應。本課題的研究對於揭示焦油分子裂解轉化過程中主要官能團和化學鍵的轉化基本規律具有重要意義，為生物質熱解轉化過程中焦油問題解決提供新的思路。
結題摘要
焦油問題是生物質熱解轉化過程中的重要難題，其產生不僅降低了生物質資源的利用率，還對生產設備及周圍環境造成污染和損害。 基於此，本項目提出了採用生物質原位半焦催化裂解焦油製備小分子氣體，並開展了以下研究內容：（1）對生物質熱解過程焦油和氣體產物析出特性進行了研究，證實了輔加金屬元素能夠影響生物質熱解特性；同時採用微型流化床等溫快速反應實驗裝置，從產物生成特性和動力學參數的角度解析了生物質熱解規律。（2）針對典型焦油模化物，實驗研究了焦油高溫裂解和催化裂解動力學特性，分析了催化作用下焦油分子的裂解轉化基本路徑，從活化能的角度闡述了催化作用對焦油裂解的影響。（3）設計了單層固定床熱解試驗系統，研究了生物質在金屬元素影響下熱解產物生成特性，並對焦油組分和半焦結構進行了表征分析，證實了生物質熱解與金屬元素演變過程存在互動作用，對生物質熱解和半焦表面結構形成具有顯著影響。（4）設計了兩段式原位半焦催化裂解試驗台，對焦油催化轉化規律進行了研究，根據焦油裂解特性分析了生物質半焦表面活性位點的分布特性及製備過程的影響，獲得了催化裂解過程半焦表面結構和官能團的演變過程，歸納總結了原位半焦催化裂解焦油規律並推測了基本反應機理，證實了通過對生物質自身所含的無機金屬元素的主動強化，可以定向改變焦油裂解轉化途徑並提高效率。（5）在實驗研究基礎上，對半焦催化裂解焦油進行了分子動力學模擬，研究了生物質原位半焦表面焦油分子的吸附和裂解轉化過程，解析了焦油裂解轉化的基本路徑，發現半焦表面金屬活性位點能夠實現對焦油分子的有效吸附，並能夠降低焦油分子化合建斷裂所需的能量。 項目完成了預期指標，相關成果為生物質熱解或氣化過程依託半焦實現焦油的催化轉化提供了理論支撐，在生物質熱化學製備清潔燃氣領域具有一定的使用價值。
