Hydrogenation Refinery of Heavy Oil from Biomass Alcoholysis in the Presence of Pd/C Catalyst

为解决生物质醇解过程产生的重油降低生物油品质的问题,考察了Pd/C催化剂作用下醇解重油的加氢精制.结果表明,在150℃时,Pd/C催化剂效率最高,在此温度下,重油加氢裂解所得轻油的产率达到38.01％(质量分数),同时,残渣产率亦最低,仅为2.59％,而且,加氢后的重油相对分子质量减小50％,同时氧含量也低于原来的50％.轻油组成的GC-MS分析结果表明,催化加氢使重油大分子裂解生成1-乙基-2-甲基-苯、甲基苯乙烯和苯酚等芳烃和酚类化合物,而且,也促进了重油结合的正辛醇溶剂的解离.     

Pd/C催化剂的表面性质对1,8-二硝基萘加氢反应的影响

1,8-二氨基萘(1,8-DAN)是一种重要的精细化工中间体,其在染料、医药中间体和感光材料等行业有着广泛的应用。目前,主要采用化学还原剂还原的方法来合成,此工艺具有产生废渣、原子经济性低等缺点。因此,发展一种绿色环保的催化加氢方法具有重要意义。笔者以具有不同Pd纳米平均粒径的Pd/C为催化剂,通过1,8-二硝基萘催化加氢制备,考察了Pd纳米粒子尺寸对1,8-二硝基萘(1,8-DNN)加氢性能的影响,探索了催化剂表面结构与催化性能的关系。首先,以椰壳炭化料为原料,经水蒸气活化法制备出孔隙发达的载体活性炭,通过不同的还原方法制备出具有不同粒径的Pd/C催化剂,以1,8-DNN的加氢反应来评价其催化性能。应用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、N_2吸附等手段对催化剂表面性质进行表征。结果表明:在一定粒径范围内,钯纳米颗粒的尺寸越小,催化剂的活性越高,1,8-DAN的产率和选择性越高。氢气还原使得钯纳米颗粒严重团聚,而使用甲酸和NaBH_4还原的Pd/C催化剂,Pd纳米颗粒分散性较好,并且具有良好的均一性。使用NaBH_4还原的Pd/C催化剂催化1,8-DNN加氢制备1,8-DAN的转化率和产率可分别达到100%和99%,其催化性能高于商业化的Pd/C催化剂。循环回收实验结果表明,Pd/C催化剂在回收反应过程中十分稳定,连续循环5次,活性并没有明显降低。     

NiMo/Al_2O_3-Pd/C组合催化剂催化热解油加氢制备供热燃料

采用催化加氢的方法,对热解油进行提质改性,以期作为供热燃料。以NiMo/Al_2O_3-Pd/C为组合催化剂,在一定温度(300℃)和压力(8 MPa)下,在间歇反应釜中进行热解油催化加氢实验。采用红外光谱(FTIR)、气相色谱-质谱(GCMS)对加氢油进行结构表征与组分分析;测试加氢油的产率、元素含量、H/C比和热值,分析组合催化剂对热解油的加氢提质效果。结果表明,经NiMo/Al_2O_3-Pd/C组合催化剂催化得到的加氢油,油产率达到41.08%,含碳量由55.21%提高至76.20%,含氧量由38.06%降低至14.09%,H/C比由0.28增加至1.14,热值达到36.24 MJ/kg,满足供热燃料的使用要求。     

Ru/C催化生物质基乙酰丙酸合成γ-戊内酯的研究

将高活性的负载型Ru/C催化剂应用到乙酰丙酸的加氢实验中,对影响Ru/C催化下乙酰丙酸加氢反应制备γ-戊内酯的因素进行了讨论,并利用X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对Ru/C催化剂在使用前后的变化进行了表征,探讨了反应的可能路径。得出适宜的反应条件:温度130℃、压力1.2 MPa、催化剂用量为5%(质量分数)、溶剂为无水甲醇,该条件下原料乙酰丙酸转化率达92%,产物γ-戊内酯选择性达99%,与Pd/C、雷尼镍、漆原镍相比,原料转化率和产物γ-戊内酯的选择性均比较高。     

合成气制低碳混合醇单管放大试验的研究

选择生物质气化制低碳混合醇作为开发对象,在实验室完成了3 mL级低碳混合醇合成催化剂的筛选工作和寿命考察,进行了催化剂的放大制备;并将选定的催化剂应用于300 mL单管低碳醇合成装置,考察反应温度和循环比等对催化剂的CO转化率、总醇合成收率和C2+醇选择性的影响,对低碳醇合成工艺进行优化,结果表明:试验在压力5 MPa、温度280℃和进塔气流量3 000 L/h(空速10 000 h-1)条件下,CO转化率达30%,总醇和C2+醇选择性分别为50%和35%,总醇时空产率达0.215 kg/(kg.h)(相对于催化剂)。这为千吨级低碳醇合成中试奠定基础。     

[Psmim]HSO_4离子液体催化液化木材及其产物表征

合成了1-磺酸丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐离子液体([Psmim]HSO4),对其结构进行了傅里叶红外光谱(FT-IR)和核磁共振(13C NMR)表征。以正辛醇为溶剂,初步考察了该离子液体对杉木屑液化的催化性能,并对残渣、重油和轻油液化产物进行了FT-IR、X射线粉末衍射(XRD)、热重分析(TG)、气质联用(GC-MS)表征。FT-IR和13C NMR分析结果证实了合成产物与目标离子液体结构一致。液化实验结果表明该离子液体具有较好的催化液化性能,10 g杉木屑、60 g正辛醇在催化剂用量8.6 mmol、150℃、60 min条件下,木屑的液化率达66.5%。液化残渣表面的木质素衍生物含量高;轻油主要由纤维素和半纤维素的液化产物组成,重油主要由木质素的液化产物组成。     

松香歧化用钯炭催化剂的制备

用浸渍-还原法制备了一系列Pd/C催化剂,并应用于马尾松松香歧化反应。研究了活性炭粒径大小、载体预处理、还原条件等因素对Pd/C催化剂活性的影响。结果表明:用10%H2O2和1%强氧化物G的复合氧化剂对椰壳活性炭(粒径150~250μm)进行预处理,制得的Pd/C催化剂,可以使钯利用率达到96.4%,去氢枞酸高达68.4%。通过X射线光电子能谱(XSP)测定Pd/C中钯化合价的分布。甲醛过量1倍时,有44.4%Pd2+被还原成金属钯,且有24.9%的Pd4+生成。通过优化条件所制备的Pd/C催化剂活性明显高于其它厂家同类催化剂活性,并已应用于工业化生产。     

纳米Pd组装介孔分子筛MCM-41催化松香加氢反应

以浸渍法将纳米金属Pd粒子负载到介孔纯硅分子筛MCM-41中,制得Pd/MCM-41催化剂.采用X射线衍射仪(XRD)和电子显微镜(TEM)对所合成的材料进行了表征.结果表明,纳米Pd已经成功引入到MCM-41分子筛中,并均匀分布在分子筛的孔道内,分子筛仍然保持良好的中孔结构.将Pd/MCM-41用来催化松香加氢反应,实验结果表明,Pd/MCM-41的催化活性和选择性均优于Ni/MCM-41和Pd/C.同时详细考察了反应时间、温度、氢气压力和催化剂用量等因素对反应的影响,得到了较佳的反应条件:松香与催化剂的质量比为1∶ 0.04(松香 5 g,催化剂 0.2 g),反应温度 180 ℃, 氢气压力 8 MPa,反应时间 4 h,制得的氢化松香产品中枞酸质量分数 1.0%,去氢枞酸质量分数 9.3%.     

HNO_3-H_2O_2两步法制备Pd/C催化剂及其对木质素改性的催化作用

以HNO3-H2O2处理活性炭载体,以甲醛为还原剂,采用浸渍法制备了Pd/C催化剂,对催化体系进行表征,考察其对碱木质素改性的催化作用,并对木质素抗氧化性能进行研究。研究结果表明,用硝酸预处理,H2O2进行活化后,活性炭羧基含量1.31 mmol/g,较原料提高了5倍;通过原子吸收光谱(AAS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行表征,AAS表明Pd负载量为2.9%,SEM照片显示Pd呈圆球状均匀分布在载体表面;XRD和XPS数据分析表明催化体系中Pd以面心立方结构形式存在,主要为还原态Pd说明还原态Pd是催化的主要物种。反应后碱木质素总羟基、酚羟基和醇羟基分别提高了158.74%,4.21%和255.96%;凝胶渗透色谱(GPC)分析结果显示,反应后碱木质素重均相对分子质量(Mw)增大,数均相对分子质量(Mn)降低,分散度降低;抗氧化能力研究结果显示,反应后木质素的抗氧化性能有所提高,随着浓度增大,抗氧化能力提高,但均低于相同浓度条件下2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)的抗氧化能力。     

Pd/C上松香催化加氢反应动力学

以脂松香为原料,改性Pd/C为催化剂和200号油为溶剂进行松香催化加氢反应的研究.采用改进搅拌器类型、加入200号溶剂油、提高搅拌速度大于600 r/min和改变催化剂粒径为10～20 μm的方法消除加氢过程中内外扩散的影响,利用DB-5毛细管气相色谱法在线采样跟踪分析在压力为5 MPa、温度为403～433 K条件下反应体系组成随时间的变化关系,对松香主要成分枞酸加氢反应过程进行拟均相动力学研究.结果表明,松香催化加氢的反应速率与枞酸浓度呈一级反应,其动力学方程为r=l.13×105exp(-5.904×103/T)C1,活化能为4.909×104 J/mol.     

Nickel-catalyzed carbonization of wood for coproduction of functional carbon and fluid fuels II: improved fuel quality of oil fraction and increased heating value of gas fraction

The yields and properties of oil and gas fractions coproduced during carbonization of larch wood loaded with Ni 2%, Ni 2%+Ca 1%, and Ni 4% and without catalyst (None) at 700°–900°C were examined to clarify the catalytic effect in terms of conversion into fluid fuels. The net calorific value of oil occurred mainly below 500°C and increased in the order None < Ni 2% < Ni 4% < Ni 2%+Ca 1%, while the yield decreased in this order. The same order held for the production of gases enriched with hydrogen at 500°–700°C. Even above 800°C, markedly promoted evolution of hydrogen took place for all catalyst systems. These observations confirmed the effectiveness of nickel-catalyzed carbonization at 900°C, particularly Ni 2%+Ca 1%, for both upgrading of oil and gaseous fractions, although the quality of oil was not satisfactory. The catalysis of nickel with and without calcium is discussed on the basis of the modified Broid-Shafizadeh scheme, and the scheme was altered to adapt to the high temperature region where oil was no longer produced. Part of this study was presented at the 14th Annual Meeting of the Japan Institute of Energy, Suita, August 2005, and at the 18th Symposium, Session D, of the Materials Research Society of Japan, Tokyo, December 2007     

Ni/TiO_2-Al_2O_3催化剂的制备及其在松节油催化加氢反应中的应用

以溶胶凝胶法制备Ti O_2-Al_2O_3复合载体,采用超声波辅助浸渍负载Ni制得Ni/Ti O_2-Al_2O_3催化剂,将其应用于松节油催化加氢反应,考察了催化剂制备条件及松节油催化加氢反应条件对催化加氢的影响。结果表明,复合载体中钛铝物质的量之比(钛铝比)值0.4、载体焙烧温度550℃、超声波功率280 W、硝酸镍浸渍液浓度0.5 mol/L和超声波辅助浸渍时间2 h的条件下,制备的催化剂Ni/Ti O_2-Al_2O_3催化性能最高。最佳的加氢反应条件为:反应时间140 min、反应压力4.5 MPa、反应温度150℃和催化剂用量为松节油质量的5%,该条件下原料中α-蒎烯转化率达97.27%,产物顺式蒎烷的选择性为96.15%,顺式蒎烷的得率为93.52%。     

酚羟基保护法合成硬脂酰单宁酸酯及其抗氧化性能评价

为解决单宁酸(TA)亲水性强亲油性弱的问题,以单宁酸为原料,利用苄基溴将单宁酸的部分酚羟基保护后得到单宁酸苄基醚(TBE),再以硬脂酸酐为酰基化试剂,吡啶为催化剂,N_2保护下反应,引入长链脂肪烃;最后在弱酸条件下将苄基水解脱去,制得硬脂酰单宁酸酯(C_(18)-TA)。采用均匀实验优化合成条件,傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外光谱(UV)、核磁共振(~1H NMR)表征了C_(18)-TA的结构,并通过C_(18)-TA清除·DPPH的能力和抗油脂氧化能力评价其抗氧化性能。结果表明:优化最佳合成条件为单宁酸1 g,硬脂酸0.6 g,吡啶1.5 mL,反应温度80℃,回流时间265 min,得到的C_(18)-TA产率可达87.98%。使用酚羟基保护法制得的C_(18)-TA不仅改善了单宁酸的表面活性,而且保留了单宁酸中多数的酚羟基,抗氧化能力明显高于单宁酸和丁基羟基茴香醚(BHA),质量浓度为0.05~0.25 g/L,对·DPPH的清除率为91.96%~97.39%;对亚麻籽油的抗氧化值(POV)升高缓慢,0~30 d为3.82~17.72 mmol/kg。     

木质素模型化合物电化学催化研究

催化加氢脱氧是实现木质素提质的重要方式.笔者采用流动电催化技术对木质素模型化合物进行加氢脱氧研究.以磷酸为阳极电解液,铂片电极为阳极电极,杂多酸磷钨酸为阴极电解液,石墨棒电极为阴极电极,构建炭载催化剂直接分布在阴极电解液中的流动电催化体系.考察了不同炭载催化剂(Pt/C、Pd/C、Ru/C、Rh/C)、反应时间、温度以...     

油脂氢化改性研究进展

通过介绍目前广为认可的油脂氢化作用机理，油脂氢化催化剂的发展情况，以及影响油脂氢化选择性的重要因素，多角度回顾和概述了油脂氢化改性的研究进展，为油脂氢化的进一步研究提供了较为全面的素材。     

低温等离子体协同HZSM-5在线催化裂解提质油菜秸秆热解油

针对生物油催化裂解提质工艺中存在催化剂易结焦失活、精制油品质低等问题,提出了低温等离子体(NTP)协同分子筛催化剂HZSM-5在线催化裂解提质油菜秸秆热解油的技术方案,采用自行设计的NTP辅助催化反应器,探讨了工艺参数对精制生物油得率和理化特性的影响。研究结果表明:催化温度、催化剂床层高度和反应器放电功率对反应结果影响显著,在催化温度400℃、催化剂(NTP+HZSM-5)床层高度35 mm、反应器放电功率25 W的最优工艺条件下,获得了精制生物油得率、含氧量、高位热值(QHHV)、pH值和重质组分分别为9.13%、15.78%、34.86 MJ/kg、5.41和3.15%的试验结果,与单HZSM-5催化提质方法相比,精制生物油品质显著提升,且催化剂积炭量从单HZSM-5提质方法时的5.88%大幅降低至2.14%,证实了NTP协同HZSM-5催化裂解提质生物油技术方案的可行性。     

Ni/HZSM 5催化裂解光皮梾木油制备生物烃基燃料试验

光皮梾木(Cornus wisoniana)是一种优良的能源树种,适种面积广泛,其油脂成分主要包含油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸等。笔者以光皮梾木油为原料,采用等体积浸渍法自制Ni/HZSM 5固体催化剂进行催化裂解制备生物烃基燃料。分别考察了反应时间、反应温度和催化剂用量等因素对催化裂解反应的影响,得出最佳单因素工艺参数为反应时间60 min,反应温度440℃,催化剂用量为2.0%(质量分数),在该反应条件下液体产物产率高达79.53%;在单因素试验基础上进行响应面试验条件优化,探讨了各因素之间交互作用对产品转化率的影响,结果表明,各因素的一次项对转化率影响呈现显著水平,其中反应温度对转化率影响最为显著,最佳条件为反应时间59.1 min、反应温度443.7℃、催化剂用量2.3%(质量分数)。产品经气质联用仪(GC MS)分析可知,其主要组成成分为烷烃类、烯烃类、羧酸类、醛类和醇类物质。对所制烃基燃料经燃料性能测定,结果表明,产品接近石化燃料且具有良好的燃料性能,热值为42.720 kJ/g,密度和运动黏度等均达到0#柴油标准,值得进一步深入开展相关研究。