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油脂工业是我国粮油食品工业的重要组成部分，在国民经济中具有十分重要的地位和作用。在油脂精制碱炼过程中会产生大量副产物，其中较有回收利用价值的是皂脚，其属于废弃油脂类生物质，若处理不当，会对城市环境和水体资源造成严重污染，但若合理利用和开发，将成为制备高品质生物油的重要资源，符合我国能源发展的战略需求，同时对建设“美丽中国”具有重要意义。在众多皂脚高值化利用技术中，催化热解制备富烃生物油具备较好的发展前景，但目前该技术还存在目标产物选择性低、催化剂易结焦失活以及催化压降高等缺陷，限制了其大规模的转化利用。针对上述问题，本研究论文首先系统研究了皂脚快速催化热解制备富烃生物油的相关特性规律，而后构建了SiC无序孔道网络热载体微波热解耦合非原位催化重整提质体系，并围绕催化剂与微波的交互作用，创新一类具有吸波特性的微波驱动型泡沫陶瓷催化剂，开展了基于微波驱动催化的皂脚热解制备富烃生物油的过程研究，具体如下：
在皂脚快速催化热解制备富烃生物油的特性研究方面，通过Py-GC-MS(热解-气相色谱-质谱)装置开展了皂脚及不同脂肪酸钠盐热解特性的对比分析。HZSM-5催化条件下皂脚热解可冷凝性挥发性有机产物中的含氧化合物相对含量大幅度减少，芳烃类增加，其中甲苯与二甲苯相对选择性最高。较高的催化热解温度有利于苯与甲苯的相对选择性，抑制了二甲苯、乙苯的相对选择性。随着不饱和度的增加，各类芳烃组分相对含量逐渐上升，但甲苯、二甲苯以及乙基苯相对选择性降低，而烷基苯与多环芳烃的相对选择性呈升高趋势。通过热解产物的化学特征初步推断了皂脚及其不同脂肪酸钠盐快速催化热解的相关过程机制。
在皂脚与木质纤维素类生物质微波快速共热解的规律研究方面，探讨了生物质预处理条件对共热解产物分布规律的影响。微波酸预处理促进了生物质中纤维素、半纤维素、木质素和灰分间交互作用的解耦，提高了共热解生物油的产率，降低了后续提质处理难度。对皂脚与预处理生物质共热解规律进行初探，微波酸预处理促进了纤维素解聚和初级热解产物分子内重排形成左旋葡聚糖，作为芳烃的重要前驱物，经过进一步的脱水反应可形成短链活性含氧化合物，而后可与皂脚热解产生的小分子烯烃发生Diels-Alder和脱水反应生成芳烃类化合物。皂脚热解过程中会产生系列烷烃，会发生脱氢反应释放氢自由基，可有效促进木质素热解转化为酚类化合物。
在热载体微波深度热解皂脚耦合非原位催化制备富烃生物油的过程研究方面，构建了SiC无序孔道网络热载体微波深度热解体系，并耦合非原位HZSM-5催化脱氧提质开展皂脚转化富烃生物油的过程机制研究。当热解温度为550℃、催化温度400℃、皂脚进料速度为6g/min，HZSM-5/皂脚质量比分别为1∶1时，生物油中总的烃类相对含量最高达96.69%，其中芳烃相对含量为89.24%，含氧化合物低至2.45%，相比于微波原位催化热解所得生物油中芳烃和含氧化合物相对含量29.46%和12.06%，该体系下生物油中芳烃的选择性大幅度增加，实现生物油的富烃化，有效提升其应用价值。进一步获得了热解条件与产物化学组成和特性的关联规律，揭示了关键参数对生物油中芳烃和含氧产物变化的调控机制，初步推断了热载体微波深度热解皂脚耦合非原位催化转化芳烃的基本规律。
在微波驱动催化剂的构筑及其催化热解皂脚制备富烃生物油的研究方面，首先，利用水热合成法对微波驱动型HZSM-5@SiC泡沫陶瓷催化剂进行了定向构筑，XRD图谱包含了SiC泡沫陶瓷和HZSM-5的所有特征峰，进一步电镜观察到了HZSM-5典型的六棱柱状晶体结构，大小一致的晶体形成了连续且均匀的薄层完全覆盖于SiC泡沫陶瓷表面，证明了HZSM-5已成功生长在SiC泡沫陶瓷载体上。其次，基于SiC无序孔道网络热载体微波热解构建了微波驱动非原位催化重整体系，结合常规电加热催化热解开展对比研究。与HZSM-5催化剂相比，HZSM-5@SiC泡沫陶瓷催化作用下生物油产率更高，且具有更强的芳构化催化活性，HZSM-5薄层均匀生长在SiC泡沫陶瓷表面的特征结构保证了催化剂床层具有低压降的特点，同时能够使热解气更容易进入活性位点。微波加热条件下，随着HZSM-5@SiC泡沫陶瓷/皂脚质量比从0∶1增加至1∶1，芳烃相对含量从25.18%增加至100.00%。相对于电加热催化，微波加热条件下HZSM-5@SiC泡沫陶瓷催化剂结焦率最低，循环使用五次后仍能保持90%以上的催化活性，具有更高的稳定性，为皂脚催化热解中试放大试验提供一定的科学依据。
在连续式微波快速催化热解皂脚制备富烃生物油中试系统构建与测试研究方面，构建了皂脚年处理量50吨的连续微波催化热解制油中试系统，并对中试装备试验运行过程与应用前景进行了综合评定。创新旋动推进式搅拌技术，SiC球上下循环运动，有效避免了SiC球密度大造成搅拌锁死难题，强化了微波加热效率，确保了连续热解与温度均匀，同时运用底部锥孔实现了SiC球热载体与生物炭的有效分离。对系统进料速度影响产物分布和生物油组成的规律进行了分析，热解温度为500℃，进料速度为6kg/h时，生物油中芳烃的相对含量达到88.69%，其中可作为高附加值有机化工原料的单环芳烃达到了最高的63.52%，同时测定了生物油的密度、热值、运动粘度以及冷凝点，结果证明该系统制备的生物油部分性质符合0#柴油的标准。上述研究为皂脚微波快速催化热解生产富烃生物油技术的放大与产业化提供了一定的技术和集成工艺的支撑。
在皂脚快速催化热解制备富烃生物油的特性研究方面，通过Py-GC-MS(热解-气相色谱-质谱)装置开展了皂脚及不同脂肪酸钠盐热解特性的对比分析。HZSM-5催化条件下皂脚热解可冷凝性挥发性有机产物中的含氧化合物相对含量大幅度减少，芳烃类增加，其中甲苯与二甲苯相对选择性最高。较高的催化热解温度有利于苯与甲苯的相对选择性，抑制了二甲苯、乙苯的相对选择性。随着不饱和度的增加，各类芳烃组分相对含量逐渐上升，但甲苯、二甲苯以及乙基苯相对选择性降低，而烷基苯与多环芳烃的相对选择性呈升高趋势。通过热解产物的化学特征初步推断了皂脚及其不同脂肪酸钠盐快速催化热解的相关过程机制。
在皂脚与木质纤维素类生物质微波快速共热解的规律研究方面，探讨了生物质预处理条件对共热解产物分布规律的影响。微波酸预处理促进了生物质中纤维素、半纤维素、木质素和灰分间交互作用的解耦，提高了共热解生物油的产率，降低了后续提质处理难度。对皂脚与预处理生物质共热解规律进行初探，微波酸预处理促进了纤维素解聚和初级热解产物分子内重排形成左旋葡聚糖，作为芳烃的重要前驱物，经过进一步的脱水反应可形成短链活性含氧化合物，而后可与皂脚热解产生的小分子烯烃发生Diels-Alder和脱水反应生成芳烃类化合物。皂脚热解过程中会产生系列烷烃，会发生脱氢反应释放氢自由基，可有效促进木质素热解转化为酚类化合物。
在热载体微波深度热解皂脚耦合非原位催化制备富烃生物油的过程研究方面，构建了SiC无序孔道网络热载体微波深度热解体系，并耦合非原位HZSM-5催化脱氧提质开展皂脚转化富烃生物油的过程机制研究。当热解温度为550℃、催化温度400℃、皂脚进料速度为6g/min，HZSM-5/皂脚质量比分别为1∶1时，生物油中总的烃类相对含量最高达96.69%，其中芳烃相对含量为89.24%，含氧化合物低至2.45%，相比于微波原位催化热解所得生物油中芳烃和含氧化合物相对含量29.46%和12.06%，该体系下生物油中芳烃的选择性大幅度增加，实现生物油的富烃化，有效提升其应用价值。进一步获得了热解条件与产物化学组成和特性的关联规律，揭示了关键参数对生物油中芳烃和含氧产物变化的调控机制，初步推断了热载体微波深度热解皂脚耦合非原位催化转化芳烃的基本规律。
在微波驱动催化剂的构筑及其催化热解皂脚制备富烃生物油的研究方面，首先，利用水热合成法对微波驱动型HZSM-5@SiC泡沫陶瓷催化剂进行了定向构筑，XRD图谱包含了SiC泡沫陶瓷和HZSM-5的所有特征峰，进一步电镜观察到了HZSM-5典型的六棱柱状晶体结构，大小一致的晶体形成了连续且均匀的薄层完全覆盖于SiC泡沫陶瓷表面，证明了HZSM-5已成功生长在SiC泡沫陶瓷载体上。其次，基于SiC无序孔道网络热载体微波热解构建了微波驱动非原位催化重整体系，结合常规电加热催化热解开展对比研究。与HZSM-5催化剂相比，HZSM-5@SiC泡沫陶瓷催化作用下生物油产率更高，且具有更强的芳构化催化活性，HZSM-5薄层均匀生长在SiC泡沫陶瓷表面的特征结构保证了催化剂床层具有低压降的特点，同时能够使热解气更容易进入活性位点。微波加热条件下，随着HZSM-5@SiC泡沫陶瓷/皂脚质量比从0∶1增加至1∶1，芳烃相对含量从25.18%增加至100.00%。相对于电加热催化，微波加热条件下HZSM-5@SiC泡沫陶瓷催化剂结焦率最低，循环使用五次后仍能保持90%以上的催化活性，具有更高的稳定性，为皂脚催化热解中试放大试验提供一定的科学依据。
在连续式微波快速催化热解皂脚制备富烃生物油中试系统构建与测试研究方面，构建了皂脚年处理量50吨的连续微波催化热解制油中试系统，并对中试装备试验运行过程与应用前景进行了综合评定。创新旋动推进式搅拌技术，SiC球上下循环运动，有效避免了SiC球密度大造成搅拌锁死难题，强化了微波加热效率，确保了连续热解与温度均匀，同时运用底部锥孔实现了SiC球热载体与生物炭的有效分离。对系统进料速度影响产物分布和生物油组成的规律进行了分析，热解温度为500℃，进料速度为6kg/h时，生物油中芳烃的相对含量达到88.69%，其中可作为高附加值有机化工原料的单环芳烃达到了最高的63.52%，同时测定了生物油的密度、热值、运动粘度以及冷凝点，结果证明该系统制备的生物油部分性质符合0#柴油的标准。上述研究为皂脚微波快速催化热解生产富烃生物油技术的放大与产业化提供了一定的技术和集成工艺的支撑。