固体燃料的热解和部分氧化

煤炭、生物质等固体燃料在中国资源丰富,然而其清洁利用却极为困难。燃烧意味着将其中的硫、无机盐、重金属(如汞)等释放出来,以中国的煤消耗量计算将会带来巨大的污染问题。如果用低于1000°C的低温燃烧(如催化燃烧、化学链燃烧)则需要解决固固反应极低的效率。将固体燃料液化或气化是一个有意义的课题。

生物质热解产油是一种廉价便捷的利用路线,然而热解生物油的品质因热解过程不同而差异明显。好品质的生物油对其后的提质的成本和工艺要求都很重要,而理解整个热解过程的机理是调控生物油品质的关键。本课题组利用热重和原位质谱的偶联来探测整个热解过程,做到对热解机理的定量分析,在此基础上进行热解过程或催化热解的优化。

煤先气化为合成气再燃烧是一个很好的路线,利用水蒸气与煤的气固反应生成COH2再燃烧利用,将污染物释放和燃烧分步进行,能够很好的控制住排放。然而在中国很大一部分的合成气是用于碳氢化学品的合成的,这意味着氧以二氧化碳的形式排放,浪费了大量的碳资源。本课题组利用催化剂活化氧化剂向气相释放活性中间体(如自由基),再利用气固反应将固体燃料中包含的所有碳碳键部分断开氧化,保存具有特定碳数的碳链,避免固固反应并尽可能避免碳基能源的浪费。结合原位质谱的研究将对该过程不断优化。(文:马昊)