齊立

（北京化工大學，北京102200）

　　摘要：在農(nóng)作物的生產(chǎn)過程中，主要產(chǎn)生的生物質(zhì)資源就是秸稈，為了能夠?qū)崿F(xiàn)資源再生、資源循環(huán)利用的目標，將秸稈轉(zhuǎn)換成為更加具有價值的第二代生物質(zhì)燃料化學品是一種主要的方式，其能夠有效地實現(xiàn)資源再生、資源循環(huán)利用的發(fā)展戰(zhàn)略，這也是未來資源循環(huán)利用的主要方式。對此，文章重點闡述了國內(nèi)外將秸稈生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為燃料化學品的主要工藝技術(shù)，使其能夠更好的被工業(yè)化發(fā)展所應(yīng)用，實現(xiàn)帶動農(nóng)業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)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(huán)境污染方面存在的問題。

　　對于秸稈來說，其不僅是糧食作業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，而且也是經(jīng)濟作物中主要的副產(chǎn)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(zhì)素。對于我國而言，我國現(xiàn)有的秸稈生物質(zhì)資源量非常豐富，在相關(guān)部門的統(tǒng)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(nóng)作物產(chǎn)品在經(jīng)過加工與處理后，剩余的花生殼、玉米芯以及稻殼等物質(zhì)，每年的產(chǎn)量也高達1.3億t，其也可以被作為能源投入到工業(yè)發(fā)展中使用。對于生物質(zhì)來說，其屬于再生能源的開發(fā)與利用中，價值非常明顯的一種綠色可再生能源，其已經(jīng)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(zhì)

　　對于生物質(zhì)來說，其作為未來發(fā)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(zhì)，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(zhì)來產(chǎn)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(zhàn)力和吸引力的課題。

　　在生物質(zhì)能的實際利用方式中，秸稈生物質(zhì)可以進行直接燃燒，這也是一種最為簡單化的生物質(zhì)能利用方法，但是，如果采用傳統(tǒng)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(huán)境造成污染，所以，應(yīng)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(shù)，將秸稈生物質(zhì)燃燒轉(zhuǎn)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(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料化學品的工藝技術(shù)

　　2.1生物質(zhì)的快速熱裂解工藝技術(shù)

　　就生物質(zhì)的快速熱裂解工藝技術(shù)而言，其已經(jīng)具有上百年的研究歷史，主要研究兩個方面的內(nèi)容，一方面則是對芳香族生物高聚物內(nèi)在的結(jié)構(gòu)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(jīng)實現(xiàn)了利用快速熱裂解工藝技術(shù)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)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(yè)生產(chǎn)中。

　　利用快速熱裂解工藝技術(shù)對生物質(zhì)進行加工處理時，需要在無菌的條件下，對生物質(zhì)進行熱降解，可以將木質(zhì)素、纖維素以及半纖維素作為降解介質(zhì)，而后完成裂解，通過對比研究發(fā)現(xiàn)，采用木質(zhì)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(zhì)進行轉(zhuǎn)化后，可以得到生物油，該物質(zhì)屬于一種顏色為棕色的、自由流動的液體燃料，其主要構(gòu)成成分為苯甲醛、苯酚、二甲氧基苯酚、愈創(chuàng)木酚以及丁子香酚等?？焖贌崃呀夤に嚰夹g(shù)的主要應(yīng)用對象就是含有木質(zhì)素的生物質(zhì)，在標準化的熱裂解溫度范圍內(nèi)，使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)合應(yīng)用分析方法，能夠準確地監(jiān)測出高達50余種的降解產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(wěn)定性以及抗腐化性能造成比較嚴重的影響，只有在提質(zhì)后，才可以將其轉(zhuǎn)化為能夠用于工業(yè)生產(chǎn)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(zhì)脫氧工藝兩種。催化裂解脫氧工藝主要就是根據(jù)催化裂解反應(yīng)，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(zhuǎn)化成為短型的碳鏈，實際的產(chǎn)物中，包含比較多的不飽和烴類。對于，加氫提質(zhì)脫氧工藝來說，主要以加氫飽和反應(yīng)與加氫脫氧反應(yīng)為主，一般情況下會出現(xiàn)裂解反應(yīng)，而后得到比較長型碳鏈的飽和烴類產(chǎn)物。

　　經(jīng)相關(guān)的研究結(jié)果表明，雖然使用木質(zhì)素進行熱解后得到的生物油產(chǎn)率比較低，而且也會產(chǎn)生很多生物質(zhì)焦，但是，在經(jīng)過提質(zhì)后，也可以降低其內(nèi)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(zhì)的熱解氣化工藝技術(shù)

　　對于生物質(zhì)的熱解氣化工藝技術(shù)來說，其屬于一種熱化學的反應(yīng)技術(shù)，利用該技術(shù)，可以將原本低品位的固體生物進行處理，使其能夠轉(zhuǎn)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(zhì)進行轉(zhuǎn)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(jīng)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(nèi)燃和驅(qū)動燃氣的發(fā)電機中。

　　在傳統(tǒng)形式的秸稈生物質(zhì)熱解氣工藝的處理過程中，主要就是在恰當?shù)臍饣瘻囟葪l件下，將秸稈生物質(zhì)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化過程中所產(chǎn)生的混合氣體進行處理屬于該工藝技術(shù)中最薄弱的環(huán)節(jié)，如果采用常規(guī)的水洗技術(shù)進行處理，不僅會在一定程度上降低效率，甚至還會產(chǎn)生具有焦油結(jié)構(gòu)的污水，所以說，在使用熱解氣化工藝技術(shù)時，應(yīng)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(shù)，該技術(shù)通過自身具有的超強溶解例，能夠溶解秸稈生物質(zhì)中存在的有機物，進而形成低粘度、高密度的液體，而后再經(jīng)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(tǒng)的熱解氣化工藝，超臨界水氣化工藝具有非常獨特的優(yōu)勢，其能夠直接將含水量比較高的生物質(zhì)進行氣化轉(zhuǎn)化，節(jié)省了干燥過程，而且也不會形成二次污染。

　　2.3生物質(zhì)的水熱處理工藝技術(shù)

　　采用水熱處理工藝技術(shù)對秸稈生物質(zhì)進行處理時，主要指的就是在密封的環(huán)境下或者是壓力容器中，將水資源作為溶解劑，使生物質(zhì)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(yīng)，經(jīng)過相關(guān)試驗結(jié)果表明，通過水熱處理工藝技術(shù)可以對木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)進行水解與破壞[5]，在其形成的產(chǎn)物中，除了生物原油以外，其他產(chǎn)物都可以通過增值回收的方法得到蛋白質(zhì)、氨基酸以及單糖類等物質(zhì)，這樣一來就能夠?qū)崿F(xiàn)資源的統(tǒng)一化回收。相比于其他工藝，該工藝能夠節(jié)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(chǎn)物進行多樣化的利用。

　　熱水處理工藝技術(shù)主要分為兩種，分別為無催化水熱處理工藝技術(shù)以及催化水熱處理工藝技術(shù)，對于前者來說，其能夠直接對生物質(zhì)在中溫低壓的環(huán)境下進行降解，操作比較簡便，而且還具有產(chǎn)物豐富、反應(yīng)時間短等優(yōu)點。后者，屬于近些年新興起的一種生物質(zhì)燃料平臺，在添加相應(yīng)的催化劑后，可以獲取更加高質(zhì)量的生物柴油等產(chǎn)物。

　　3結(jié)語

　　綜上所述，采用多種先進的工藝對秸稈生物質(zhì)進行處理，將其轉(zhuǎn)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(yōu)點。所以，在節(jié)能減排的發(fā)展策略下，應(yīng)深入地研究生物質(zhì)轉(zhuǎn)化燃料化學品工藝技術(shù)，從而實現(xiàn)資源再生與資源循環(huán)利用的目的。

　　參考文獻：

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　　[3]張杰.發(fā)展可再生能源加快我國能源轉(zhuǎn)型[J].經(jīng)濟導刊,2019(09):64-67.

　　[4]趙思語,耿利敏.我國生物質(zhì)能源的空間分布及利用潛力分析[J].中國林業(yè)經(jīng)濟,2019(05):75-79.

　　[5]吉敏,耿利敏.基于林業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的林業(yè)生物質(zhì)能源發(fā)展研究[J].中國林業(yè)經(jīng)濟,2019(05):82-86.