[01853807]农林生物质高值转化关键技术与装备的创制及应用

　　项目属于农林生物质资源循环利用领域。

　　我国农林生物质年产约12亿吨,能源化和材料化是其重要利用途径,生物质快速热解液化技术可获得高能量密度液体燃料,生物质（炭）/塑料复合材料制备技术可获得新型环保材料。针对生物质快速热解液化技术高能耗、运行可靠性低、产物成分差异大、提质效率低及复合材料强度低、密度难控制、力学性能差等关键技术问题,2012年起在国家系列项目支持下,取得如下技术创新：

　　1. 建立了生物质物性参数数据库,揭示了热解机理。 通过本项目研究,建立了典型生物质热物性数据库,解析了生物质热解过程中焦颗粒物化结构和热物性参数的演化规律,确定了反应器内多相传递过程混合与流动、传热传质与热解动力学规律,阐明了生物质催化快速热解反应机制和选择性调控机制,获得了生物质定向热解液化控制规律,建立了生物质热解液化调控模式,提出了控制策略。本研究进一步丰富和完善了生物质热解液化技术基础理论体系。

　　2.独创了热载体循环加热下降管式生物质热解液化制取生物油技术,攻克了生物油组分不稳定及其冷却能耗高的技术难题。该技术核心是将陶瓷球热载体加热到650-700℃,在下降管内与生物质粉充分混合使其快速升温分解为热解蒸汽和生物炭,陶瓷球分离后循环加热,冷激热解蒸汽,获得生物油。该发明采用陶瓷球热载体加热技术创造了稳定热解条件,保证了生物油成分稳定;陶瓷球循环加热技术使余热回收率达70%,避免了传统流化床热解技术对载气和热解蒸汽同时冷激造成的冷却负荷大的问题。.创制了热解液化系统关键功能组件,解决了原料适应性和连续运行能力不足、生物油收集效率低等技术难题,实现了系统的连续稳定可靠运行。发明的生物质粉螺旋线型刮板定量喂入、固体热载体直接加热、热解蒸汽射流与层流联合冷凝、气溶胶去除、热解炭密封连排等技术,实现了质轻、易搭桥生物质粉的定量连续喂料、密封条件下陶瓷球的快速加热与精确温控、热解蒸汽高效冷却和净化、热解炭密封连排,喂料误差小于1.0 kg/h,工业装置生物油收集率达到50%以上,生物油组分差异率低于5%。

　　3.发明了生物油萃取耦合化学转化技术,解决了提质过程中催化剂结焦、转化效率低的问题。创制了以生物油族类提质为核心的两步提质技术,首先对生物油进行水相萃取,使极性化合物富集于水溶相,而弱极性化合物富集于油溶相,然后分别耦合化学转化实现各族类的批量提质,转化成酯、缩醛和半缩醛化学品和以烷烃为主的高热值燃油,有效抑制了生物油组分之间的副反应,催化剂结焦率降低了80%以上,目标产物转化率提高到95%。

　　4.创建了生物质（炭）/塑料微孔发泡、包覆共挤复合材料关键技术,解决了生物质（炭）材料化利用中所需的强度、密度等力学与工程要求。创建了生物质（炭）改性方法,揭示了生物质（炭）/塑料界面复合机理。发明了微孔发泡、包覆共挤技术,实现了对材料密度和强度的控制。构建了全工艺过程控制体系,实现了从生产到质量环节的实时监测,降低了生产和管理成本。

　　项目获得知识产权35件,其中发明专利19件,发表学术论文80余篇,其中SCI/EI检索30余篇。获中国商业联合会科技进步一等奖3项,省部级科技进步二等奖2项,专家鉴定成果整体水平达国际先进,成果在北京、山东、江苏等地区推广应用,系列研究成果促进了农林生物质高值化转化关键技术创新。