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齊立
（北京化工大學，北京102200）
摘要：在農作物的生產過程中，主要產生的生物質資源就是秸稈，為了能夠實現資源再生、資源循環利用的目標，將秸稈轉換成為更加具有價值的第二代生物質燃料化學品是一種主要的方式，其能夠有效地實現資源再生、資源循環利用的發展戰略，這也是未來資源循環利用的主要方式。對此，文章重點闡述了國內外將秸稈生物質轉化成為燃料化學品的主要工藝技術，使其能夠更好的被工業化發展所應用，實現帶動農業發展的轉型，有效地緩解全球能源危及所帶來的壓力的同時，也能夠解決環境污染方面存在的問題。
對于秸稈來說，其不僅是糧食作業生產中的副產物，而且也是經濟作物中主要的副產物，秸稈的主要組成成分為26.1%～43.8%的半纖維素、29.1%～42.5%的纖維素以及15.4%～32.7%的木質素。對于我國而言，我國現有的秸稈生物質資源量非常豐富，在相關部門的統計下，我國每年秸稈資源的總量高達7.2億t，在這其中，大約有6.04億t可以被作用再生能源使用。除此之外，農作物產品在經過加工與處理后，剩余的花生殼、玉米芯以及稻殼等物質，每年的產量也高達1.3億t，其也可以被作為能源投入到工業發展中使用。對于生物質來說，其屬于再生能源的開發與利用中，價值非常明顯的一種綠色可再生能源，其已經繼風電、水電以及太陽能后，成為一個新的專題，被列入到我國再生能源的研究序列中。
1生物質
對于生物質來說，其作為未來發展中，能夠替代化石能源的一種可再生類型資源，可以按照不同的類型，提供不同形式的可再生類能源，在這其中主要包括燃料、熱能、電能和其他各種類型的化學物質，在這其中，電能與熱能可以通過太陽能、風能的方式獲得，而利用生物質來產生燃料化學品則成為了目前科學研究的主要方向，而且也是一個極具挑戰力和吸引力的課題。
在生物質能的實際利用方式中，秸稈生物質可以進行直接燃燒，這也是一種最為簡單化的生物質能利用方法，但是，如果采用傳統的燃燒方法，不僅燃燒效率比較低，容易導致能源浪費[1]，甚至還會對環境造成污染，所以，應該合理的采用生化法、熱化學法、物理化學法以及化學法等多種技術，將秸稈生物質燃燒轉化成為更加具有價值的再生能源，以此來提高再生能源的利用效率。
2秸稈生物質轉化為燃料化學品的工藝技術
2.1生物質的快速熱裂解工藝技術
就生物質的快速熱裂解工藝技術而言，其已經具有上百年的研究歷史，主要研究兩個方面的內容，一方面則是對芳香族生物高聚物內在的結構進行闡述，另一方面則是對單酚類化合物的形成路徑進行研究。在早些年間，就已經實現了利用快速熱裂解工藝技術將生物質轉化成為液體燃料，而后也從實驗室研究逐漸推廣到實際的工業生產中。
利用快速熱裂解工藝技術對生物質進行加工處理時，需要在無菌的條件下，對生物質進行熱降解，可以將木質素、纖維素以及半纖維素作為降解介質，而后完成裂解，通過對比研究發現，采用木質素進行熱解，其對溫度的要求比較廣泛，實際的熱解效果也比較好。
通過快速熱裂解工藝對生物質進行轉化后，可以得到生物油，該物質屬于一種顏色為棕色的、自由流動的液體燃料，其主要構成成分為苯甲醛、苯酚、二甲氧基苯酚、愈創木酚以及丁子香酚等。快速熱裂解工藝技術的主要應用對象就是含有木質素的生物質，在標準化的熱裂解溫度范圍內，使用氣相色譜-質譜聯合應用分析方法，能夠準確地監測出高達50余種的降解產物，在這其中，溫度在600℃以下的降解后獲取的酚類化合物種類比較多[2]，實際產出率可以達到17%。
使用快速裂解工藝對木材進行加處理后，所獲得的生物油產品，其含碳量比較低，且含水量、含氧量以及酸度值比較高，這樣一來就會對生物油的熱量值、催化過程、穩定性以及抗腐化性能造成比較嚴重的影響，只有在提質后，才可以將其轉化為能夠用于工業生產的燃料油。
在提取生物油時，可以通過多種途徑進行提取，在這其中，比較常用的就是催化裂解脫氧工藝、加氫提質脫氧工藝兩種。催化裂解脫氧工藝主要就是根據催化裂解反應，使氧原子可以按照CO、H2O以及CO2的方式完成脫除[3]，與此同時，也可以將長型的碳鏈轉化成為短型的碳鏈，實際的產物中，包含比較多的不飽和烴類。對于，加氫提質脫氧工藝來說，主要以加氫飽和反應與加氫脫氧反應為主，一般情況下會出現裂解反應，而后得到比較長型碳鏈的飽和烴類產物。
經相關的研究結果表明，雖然使用木質素進行熱解后得到的生物油產率比較低，而且也會產生很多生物質焦，但是，在經過提質后，也可以降低其內部化學元素的實際含氧量，從而就可以獲取更加高的能量密度。
2.2生物質的熱解氣化工藝技術
對于生物質的熱解氣化工藝技術來說，其屬于一種熱化學的反應技術，利用該技術，可以將原本低品位的固體生物進行處理，使其能夠轉化成為更加高品位的可燃氣。使用熱解氣化工藝對秸稈生物質進行轉化，獲取到的可燃氣，能夠直接用作于鍋爐燃料，進而替代煤炭提供熱能，在經過凈化處理后，可以用作燃氣，為用戶提供集中供熱，或者也可以用于燃氣內燃和驅動燃氣的發電機中。
在傳統形式的秸稈生物質熱解氣工藝的處理過程中，主要就是在恰當的氣化溫度條件下，將秸稈生物質轉化成為含有CO、H2以及低分子烴類的可燃類氣體[4]，在這過程中，對轉化過程中所產生的混合氣體進行處理屬于該工藝技術中最薄弱的環節，如果采用常規的水洗技術進行處理，不僅會在一定程度上降低效率，甚至還會產生具有焦油結構的污水，所以說，在使用熱解氣化工藝技術時，應該做好污水處理和裂解焦油兩方面的處理。
為了能夠有效地避免與解決這兩方面的問題，研究出了超臨界水氣化工藝技術，該技術通過自身具有的超強溶解例，能夠溶解秸稈生物質中存在的有機物，進而形成低粘度、高密度的液體，而后再經過高溫高壓處理，對其進行氣化處理，這樣一來就可以形成氫氣含量豐富的混合氣體，相比于傳統的熱解氣化工藝，超臨界水氣化工藝具有非常獨特的優勢，其能夠直接將含水量比較高的生物質進行氣化轉化，節省了干燥過程，而且也不會形成二次污染。
2.3生物質的水熱處理工藝技術
采用水熱處理工藝技術對秸稈生物質進行處理時，主要指的就是在密封的環境下或者是壓力容器中，將水資源作為溶解劑，使生物質可以在中溫、第壓力的情況下完成脫水、水解以及縮合等化學反應，經過相關試驗結果表明，通過水熱處理工藝技術可以對木質纖維素結構進行水解與破壞[5]，在其形成的產物中，除了生物原油以外，其他產物都可以通過增值回收的方法得到蛋白質、氨基酸以及單糖類等物質，這樣一來就能夠實現資源的統一化回收。相比于其他工藝，該工藝能夠節省烘干處理等成本比較高的工藝步驟，降低成本，同時也可以對獲得的產物進行多樣化的利用。
熱水處理工藝技術主要分為兩種，分別為無催化水熱處理工藝技術以及催化水熱處理工藝技術，對于前者來說，其能夠直接對生物質在中溫低壓的環境下進行降解，操作比較簡便，而且還具有產物豐富、反應時間短等優點。后者，屬于近些年新興起的一種生物質燃料平臺，在添加相應的催化劑后，可以獲取更加高質量的生物柴油等產物。
3結語
綜上所述，采用多種先進的工藝對秸稈生物質進行處理，將其轉化成為燃料化學品，不僅能夠緩解能源不足方面的壓力，而且還具有更高的生物可用性以及成本低廉等優點。所以，在節能減排的發展策略下，應深入地研究生物質轉化燃料化學品工藝技術，從而實現資源再生與資源循環利用的目的。
參考文獻：
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