生物油是一种廉价的液体生物燃料,但是生物油与传统的石油基碳氢燃料之间存在着一定的性质差异,比如其含氧量高、能量密度低、稳定性差等。所以,生物油需经过催化改质过程才能变成质量合格的燃料油或者化学品。流化催化裂化(FCC)是石油炼制中主要的重质油轻质化手段之一,与催化加氢相比,生物油催化裂化过程避开了使用高压氢气和贵金属催化剂的反应条件,能够以水、一氧化碳和二氧化碳的形式脱除生物油中的氧。但是,生物油直接用于催化裂化过程会导致部分元素损失,并且容易生焦。重油(VGO)/生物油共催化裂化(共裂化)工艺依托传统的催化裂化平台就可以完成共裂化操作过程,因提升管催化裂化具有反应停留时间短、处理量大等优点,所以常应用于生物油的共裂化研究过程。基于中试循环流化床提升管反应器装置平台,本文研究了生物油在提升管反应器中的共催化裂化改质过程,以及由生物油中的非水溶相催化制备高附加值生物基化学品的过程,并采用Gaussian量子化学计算软件初步分析了共裂化中氢转移脱氧过程的微观反应机制:生物油的水溶相中含有较多的羧酸类、糖醇类以及醛酮类等高活性化合物,是共裂化过程中主要的生焦前身物,也是造成生物油氢碳有效比值(H/Ceff)较低的原因之一。本文的实验结果显示,催化热解可以通过脱羰和脱羧等反应过程原位改质生物质热解气,有效降低催化热解生物油(Catalytic pyrolysis oil,CPO)中的氧含量,增加了 CPO中的碳、氢含量和氢碳有效比。而温和加氢处理过程亦可以有效减少生物油中的高活性组分,提高其氢碳有效比值。在VGO中掺入10 wt.%的催化热解油做为共裂化原料,可以顺利实现共裂化操作。在相同的裂化条件下,共裂化过程的原料转化率高于VGO单独裂化过程;共裂化汽油、轻循环油、塔底油以及焦炭的收率与VGO单独裂化过程相当;在约70%转化率下,所得共裂化液体产品中的氧含量为0.22%,说明共裂化过程能够实现完全脱除生物油中的氧,此时共裂化汽油中的可再生碳(生物碳)含量为7.0%,高于原生物油共裂化中的生物碳含量,这也表明生物质催化热解结合共裂化过程可以有效利用生物油中的可再生碳源。原生物油(Raw bio--oil),不同条件下的加氢稳定化生物油(Stabilized pyrolysis oil):SPO-1和SPO-2,分别以10 wt.%的比例掺入到VGO中做为共裂化原料。在相同的裂化条件下,与VGO单独裂化相比,三种生物油共裂化过程的原料转化率都有一定程度的升高,原生物油共裂化汽油收率有所下降,而SPO-1、SPO-2共裂化汽油的收率与VGO单独裂化相当。在大约70%的转化率下,原生物油、SPO-1和SPO-2共裂化汽油中的生物碳含量分别为2.0%、5.3%和6.1%。这表明生物油经温和加氢处理后可以增加其在共裂化液体产品中的生物碳含量,提高了可再生碳的利用效率。氢转移是共裂化过程中脱除含氧基团的重要反应,通过选取模型化合物苯酚和异丁烷,利用Gaussian计算分析了氢转移反应过程,研究了HZSM-5表面的苯酚吸附、异丁烷异裂生成正碳离子以及催化剂Bronsted酸中心的恢复过程,分别搜索到了对应过程的过渡态。以8T的HZSM-5为例,上述三个过程的活化能分别是278.78、449.00、和6.12 kJ/mol,在量化计算中发现水在碳正离子的形成过程中起了重要的促进作用。生物油的非水溶相流动性差、密度大、粘度高,在共裂化中容易结焦成块,并不是合适的共裂化原料。而非水溶相中主要含有带有取代基的酚类化合物,其在生物航空煤油以及高附加值化学品制备等方面具有潜在的利用价值。基于量子化学计算和特定模型化合物的实验结果,在常压氮气和400℃条件下,生物油的非水溶相与甲醇的混合物经γ-A12O3催化可以生成高纯的(>99%)的六甲基苯结晶固体,收率约为40%,结晶中的生物碳含量约为58%。本文讲述了利用共催化裂化技术改质利用生物油的过程,开展了在传统石油炼制工艺中掺入生物进料的实验和机理研究,旨在为实现石化工业低碳化的科学目标提供一定的理论参考。并针对生物油的非水溶相不适合做为共裂化原料的特性,构建了一种由生物油出发而制备高纯高附加值生物基化学品的学术思路。