生物質催化轉化制備烯烴、苯和直接還原鐵的研究.pdf

1、生物質是一種能夠提供能源化工品的可再生的綠色資源。生物質主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，它與化石資源一石油、煤和天然氣存在較大的差異。因此，需要針對生物質的組成結構特點研發(fā)適應性的轉化途徑。三烯和三苯是石化工業(yè)最重要的基礎化工原料和平臺化合物，生物質制三烯和三苯是近年來生物質能源化工研究的熱點課題，然而該方面的研究尚處于起步階段。本論文的研究內容包括三個方面：(1)生物質催化裂解制低碳烯烴研究；(2)木質素定向轉化為芳香平臺分子（苯

2、）研究；(3)生物質制氫-直接還原鐵一體化過程研究。主要的創(chuàng)新結果如下：
　　 (1)生物質催化裂解制低碳烯烴研究
　　 生物質催化裂解制低碳烯烴的關鍵是高活性和高選擇性催化劑的研發(fā)以及針對性的工藝設計。本論文制備了適合生物質催化裂解制低碳烯烴的La改性分子篩催化劑(La/HZSM-5);分別以生物油和生物質原料，研究了生物油和生物質催化裂解制低碳烯烴的催化過程，對關鍵反應參數(shù)如溫度、空速、La的添加量等對烯烴產率、烯烴

3、選擇性和產物分布進行了詳細研究。研究表明，在優(yōu)化的反應條件下（T=600℃，WHSV=0.4h-1，6wt.％La/HZSM-5），生物油催化裂解制低碳烯烴產率達到0.28kg烯烴/kg生物油，接近目前甲醇制低碳烯烴(MTO)的水平；生物油催化裂解制低碳烯烴主要反應歷程包括生物油含氧有機物的催化裂解、脫氧、氫或質子轉移過程。當用甘蔗渣和木屑為原料時，生物質催化裂解制低碳烯烴最大產率達到0.12kg烯烴/kg生物質，含有較高纖維素和半纖維

4、素組分的生物質具有較高的低碳烯烴產率，而含有較高木質素的生物質主要形成芳香化合物。此外，研究了催化劑的結構與性能之間的關系，La元素可調節(jié)催化劑表面的酸度與分布，進而提高生物油/生物質催化裂解制取烯烴的選擇性，并顯著提高了催化劑的穩(wěn)定性。
　　 (2)木質素定向轉化為芳香平臺分子（苯）研究
　　 針對尚待解決的木質素定向可控地制苯的科技難題，本論文提出了電流增強的木質素定向催化合成苯的方法，實現(xiàn)了將木質素高效定向地轉化為

5、苯的目標。當以5％Ni/HZSM-5為催化劑并且采用電流增強的木質素解聚方法時，在反應溫度為550℃和電流為4A的條件下，木質素催化解聚形成的芳香類單體產率為0.25(kg單體/kg木質素)；當以10wt％Ni/HZSM-5分分子篩催化裂解木質素得到的芳香類單體混合物定向合成苯時，在反應溫度為550℃和電流為4A的條件下，目標產物苯產率為0.17(kg苯/kg木質素)，苯的選擇性為93％；將木質素催化解聚和電流增強的芳香類單體定向轉化為

6、苯的兩步過程耦合在一段式催化床反應器中進行時，在反應溫度為550℃和電流為4A的條件下，以木質素中的碳原子為基，苯的碳摩爾收率為17.1C-mol％，選擇性為80.0C-mol％。本論文研發(fā)的木質素定向合成苯的新方法，以熱電子增強的化學鍵斷裂和宮能團選擇性重組的新思路為切入點，通過熱電子與催化劑的協(xié)同作用，促進了木質素超分子聚合體中醚鍵和碳-碳鍵斷裂，并且有效地增強了芳香類單體上官能團選擇性斷裂與重組。
　　 (3)生物質制氫-