1.7　研究的主要内容

1.7.1　研究目的及意义

与其他新能源相比，生物质是目前唯一清洁可再生的碳资源和唯一可以转化为液体燃料的新能源，而且其加工利用方式与传统石化产业具有一定的可比性和兼容性。在生物质能源产品三种形态（气、液、固）中，生物油是最为接近石化原油的替代品，其主成分碳链范围涵盖了汽油、柴油、燃料油等众多燃料种类，同时富含的酚、醛、糖、酮、醚、酸等多种物质。

关于生物质热裂解制取生物油的研究工作，在基础研究方面，已有研究多集中在转化机制与技术原理方面，对具有变异性的生物质原料本身的影响认识不足、对内在的响应机制认识不清晰；在工艺应用研究方面，多以单纯提高生物油产率为目的，较少关注高值组分（如酚类）的定向富集问题，因此生物油利用方式和范围受到限制。

本章系统研究生物质原料对生物油的影响和评价问题，解析影响生物油制备的生物质原料变异性关键因子，构建原料化学组成与生物油产率和性质的相关性模型，以期探明原料化学组成与生物质热转化反应活性、热解蒸气构成以及最终产品生物油产率及品质的相关性和交互作用机制，从而增进在生物质热化学转化理论方面的认识。从原料的标准化设计和过程的可控优化两个角度进行生物质热裂解液化关键技术研究，有助于实现生物油的高效定向制备，从而提高生物油的经济性和应用价值。

1.7.2　研究内容

从原料的组成入手，首先考察不同生物质原料的热降解特性和热解蒸气析出规律，继而研究生物质原料种类对生物质热裂解炼制反应活性和制油效率的影响，并通过原料共混的方法来调控生物油的产率和品质。在此基础上，开展生物质快速热解设备和工艺的优化研究，同时采取多种分析手段对生物油的理化性质、化学成分以及燃烧性能进行分析和表征，以期为生物质热裂解炼制高值化利用提出基础理论和技术支撑。本书主要包括以下六部分内容，研究的技术路线如图1-11所示。

图1-11　研究的技术路线

（1）生物质热降解特性和热解蒸气析出规律

采用热重红外联用分析、热裂解气质联用分析以及热裂解分子束质谱仪等手段研究热解蒸气的析出机制和构成，考察不同生物质原料的热失重特性和热降解反应动力学，研究热解蒸气的演变规律及化学成分，解析影响生物质热解蒸气特征质谱图的主成分因子。

（2）生物质快速热解设备研发

在总结国内外生物质快速热解设备领域的研发情况的基础上，介绍生物质快速热解反应器的分类方法和典型反应器的工艺原理，进行小型生物质快速热解在线分析设备的设计计算，对年处理量1万t流化床式生物质快速热解生产线各工序进行热质衡算。

（3）原料种类及共混对生物质快速热解的影响研究

主要考察针叶材、阔叶材、树皮以及能源作物等10种生物质的原料组成、热降解反应活性以及热裂解产物分布规律，重点探究原料组成与热裂解炼制生物油过程参数的相关性关系，探索和分析影响生物质热裂解反应活性和制油效率关键影响因子，研究阔叶材木质素结果对热裂解炼制产物分布的影响规律；测定不同混合比例下木材和树皮共混原料的化学、工业组成及热降解反应活性，采用流化床式热裂解设备进行共混原料的热裂解炼制生物油试验，探讨生物油产率和性质对生物质原料共混比例的响应规律。

（4）生物质快速热解工艺优化研究

采用单因素试验方法对热解温度、物料粒径和原料含水率等工艺因子进行研究，采用正交试验设计方法进一步优化反应温度、气体流量、静床高等工艺参数；采用响应面分析法考察热解条件对落叶松树皮生物油中酚类物质产率的影响，同时对热解温度、气体流速以及生物质颗粒等工艺参数进行优化以获得富含酚类物质的高值生物油产品，并建立预测模型。

（5）生物质快速热解产物分析研究

选取五种具有代表性的生物质资源所得的生物油为研究对象，测定并对比分析生物油的含水率、pH值、总酸度、黏度、密度、表面张力、热值固体不溶物含量等理化性质，进行生物油的元素分析，以含水率、GPC分子量分量变化为指标考核生物油的稳定性，采用红外光谱、气质联用分析、核磁共振谱图分析、溶剂分提法等研究生物油的化学成分和结构；对热解炭的工业组成和性质进行分析，采用气象色谱法分析不凝结气体的化学组成。

（6）生物油热降解特性及燃烧性能分析

采用高灵敏度的热重分析仪研究生物原油、老化生物油以及烘焙木材所得生物油的热降解行为及过程动力学，采用燃烧指数体系方法考察不同种类生物油的燃烧性能，将生物油的燃烧性能指数与商业用燃油进行对比分析，以期从理论上探明生物油的发展和应用方向。