水热液化

水热液化（HTL）是一种热解聚过程，用于在适度的温度和高压下将湿的生物质以及其他高分子材料转化为类似原油。这种原油具有较高的能量密度，较低的热值为33.8-36.9兆焦耳/千克，并有5-20wt%的氧气和可再生化学品。该过程也被称为水合热解。该反应通常涉及均相和/或异相催化剂，以提高产品的质量和产量。有机材料，如生物质、泥炭或低等级煤（褐煤）的碳和氢被热化学地转化为具有低粘度和高溶解度的疏水化合物。根据加工条件，该燃料可用作重型发动机的生产，包括船舶和铁路，或升级为运输燃料，如柴油、汽油或喷气燃料。这个过程可能是创造化石燃料的一个重要过程。简单的无水加热，无水热解长期以来一直被认为是自然发生的，是在克原体形成化石燃料的过程中。近几十年来，人们发现压力下的水在较低的温度下比没有水时更有效地分解角质。天然气的碳同位素比率也表明，在创造天然气的过程中加入了水的氢气。历史早在20世纪20年代，就有人提出用热水和碱催化剂从生物质中生产石油的概念。1939年，美国专利2,177,557描述了一个两阶段的过程，其中水、木屑和氢氧化钙的混合物在xxx阶段被加热，温度范围为220至360°C（428至680°F），压力高于所用温度下的饱和蒸汽。这将产生油和醇，并被收集起来。然后，这些材料在第二阶段进行所谓的干馏，产生油和酮类。第二阶段的温度和压力没有披露。这些过程是后来的HTL技术的基础，特别是在20世纪70年代石油禁运期间吸引了研究兴趣。正是在那个时候，匹兹堡能源研究中心（PERC）开发了高压（水热）液化工艺，后来在美国俄勒冈州奥尔巴尼的奥尔巴尼生物质液化实验设施进行了演示（100公斤/小时的规模）。1982年，壳牌石油公司在荷兰开发了HTU™工艺。其他以前演示过生物质HTL的组织包括德国汉堡的HochschulefürAngewandteWissenschaften、丹麦哥本哈根的SCF技术公司、美国俄亥俄州辛辛那提的EPA水工程研究实验室和美国宾夕法尼亚州费城的改变世界技术公司（CWT）。今天，Licella/Ignite能源资源公司（澳大利亚）、Licella/Canfor的合资公司Arbios生物技术公司、Altaca能源公司（土耳其）、Circlia北欧公司（丹麦）、Steeper能源公司（丹麦、加拿大）等技术公司继续探索HTL的商业化。在英国蒂赛德，一个催化水热液化厂的建设已经开始，其目标是到2022年每年处理80,000吨的混合塑料废物。化学反应在水热液化过程中，生物质中的长碳链分子被热裂解，氧气以H2O（脱水）和CO2（脱羧）的形式被去除。这些反应导致了高H/C比率生物油的生产。对脱水和脱羧反应的简化描述可以在文献中找到（例如Asghari和Yoshida（2006）和Snåre等人（2007）。过程水热液化的大多数应用是在250-550℃的温度和5-25兆帕的高压以及20-60分钟的催化剂下操作，尽管可以使用更高或更低的温度来分别优化气体或液体产量。

在这些温度和压力下，存在于生物质中的水根据条件成为亚临界或超临界，并作为溶剂、反应物和催化剂，促进生物质到生物油的反应。生物质到生物油的确切转化取决于几个变量。原料成分温度和加热速率压力溶剂停留时间催化剂原料理论上，任何生物质都可以用水热液化法转化为生物油，而不考虑其含水量，各种不同的生物质已经被测试过，从林业和农业残留物、污水淤泥、食品加工废料到新兴的非食品生物质，如藻类。原料中的纤维素、半纤维素、蛋白质和木质素的组成影响了该过程中油的产量和质量。伊利诺伊大学的Zhang等人报告了一个水合热解过程，在这个过程中，通过加热猪粪和水，将猪粪转化为油。