Coproduction of metallurgical coke and platform chemicals by sequential carbonization of biomass

生物质连续碳化联产冶金焦和平台化学品

基本信息

批准号：
21H04632
负责人：
林潤一郎
金额：
$ 26.71万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の初年度（2021年度）では、木質系バイオマスの逐次処理＝トレファクション（TF）－粉砕－熱間成型－炭化によって冷間引張強度が最大で32 MPaのコークスを調製できることを実証し（成果1）、硫酸担持バイオマスのTFによって無水単糖を30%の収率（セルロース基準）で得ることにも成功した(成果2)。本年度は、成果1を得た研究をさらに発展させた。すなわち、TF・粉砕したバイオマスを非微粘結炭と配合した後に熱間成型、炭化することによって配合率によらず高強度コークスを得ることができた。従来研究の知見（バイオマス配合率の許容範囲を＜5 wt%）を覆し、バイオマスと石炭（しかも非微粘結炭）を任意の配合率で配合し、高強度コークスが得られることを示した。さらに、TFくに靱性）を増大させることを見出した。自生有機酸は脱金属剤として同等のpHを持つ無機酸よりも高性能であり、それは有機酸と共存する水溶性フェノール・フラン類の効果であることも見出し、さらに、自生有機酸処理したバイオマスに上記の逐次処理を施して調製したコークスの強度が処理なしの場合よりも大きく、しかもCO2に対するガス化反応性を1/45に抑制できることを明らかにした。上記（成果2）に関しては、セルロースに対するわずか（0.2から0.3 wt%）の硫酸担持によって無水単糖収率（炭素基準）＞50%を達成できる反応条件を見出すとともに、硫酸ではなく硫酸塩（これまで不活性と考えられてきた）にも無水単糖収率を40 wt%以上に増大させる触媒能力があることを発見した。これらの知見に基づき、木質系バイオマスからの無水糖収率を35%（重量基準）まで引き上げた。さらに無水単糖、フェノール類、フラン類とTFバイオマスを生成するTFに必要な熱量を明らかにした。

在这项研究的第一年（2021 财年），我们证明了通过顺序加工木质生物质 = 烘焙 (TF) - 破碎 - 热成型 - 碳化可以制备最大冷拉伸强度为 32 MPa 的焦炭（结果 1）我们还利用硫酸支持的生物质的TF，成功地获得了产率为30%（基于纤维素）的无水单糖（结果2）。今年，我们进一步开展了产生成果 1 的研究。即，通过将TF/粉碎生物质与非微粘煤混合，然后进行热压实和干馏，无论混合比例如何，都可以获得高强度焦炭。颠覆了传统研究的认识（生物质掺混比例的可接受范围<5 wt%），我们表明，通过将生物质与煤炭（和非轻微粘结煤）以任何掺混比例掺混，可以获得高强度焦炭。此外，还发现TF（TF）刚度增加。我们发现自生有机酸作为脱金属剂比具有相同pH值的无机酸具有更高的性能，这是由于与有机酸共存的水溶性酚和呋喃的作用，揭示了所制备的焦炭的强度。通过上述顺序处理，焦炭比未经处理的焦炭的气化反应性大，并且对CO2的气化反应性可抑制至1/45。关于上述(结果2)，我们发现通过在纤维素上负载少量(0.2至0.3wt％)的硫酸可以实现无水单糖收率(碳基)>50％的反应条件，并且发现即使单糖（此前一直被认为是无活性的）具有催化能力，可将无水单糖的产率提高至 40 wt% 以上。基于这些发现，我们将木质生物质的无水糖产量提高到 35%（按重量计）。此外，我们还明确了TF生产无水单糖、酚类、呋喃和TF生物质所需的热量。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Staged Pyrolytic Conversion of Acid-Loaded Woody Biomass for Production of High-Strength Coke and Valorization of Volatiles

分阶段热解转化含酸木质生物质生产高强度焦炭和挥发物增值

DOI：
10.1021/acs.energyfuels.2c01352
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
5.3
作者：
Fu Wei; Shinji Kudo; Shusaku Asano; Jun
通讯作者：
Jun

orrefaction of woody biomass and in-situ pyrolytic reforming of volatile matter: Analyses of products and process heat demand

木质生物质的精制和挥发性物质的原位热解重整：产品和工艺热需求分析

DOI：
10.1016/j.jaap.2022.105658
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Fu Wei; Shinji Kudo; Shusaku Asano; Jun
通讯作者：
Jun

Preparation of Formed Coke from Biomass by Sequence of Torrefaction, Binderless Hot Briquetting and Carbonization

生物质经烘焙、无粘结剂热压块、炭化顺序制备型焦

DOI：
10.2355/isijinternational.isijint-2022-013
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
1.8
作者：
A. Wibawa; U.P.M. Ashik; S. Kudo; S. Asano; Y. Dohi; T. Yamamoto; Y. Kimura; X. Gao; J.
通讯作者：
J.

High-Strength Formed Coke from Torrefied Biomass and Its Blend with Noncaking Coal

烘焙生物质及其与不结块煤的混合物制成的高强度型焦