发信人: fgchen()
整理人: znw(1999-09-24 20:57:02), 站内信件
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一、意义
木质植物是指含有木质素、纤维素和半纤维素的一类植物。它是地球上最丰富的
可再生的有机资源。绿色植物纤维原料再生速度快，每年约固定2×10 11吨碳，
内含3×10 21J能量，相当于600亿至800亿吨石油，即全世界每年石油总产量的2
0至27倍。我国仅稻草、麦草、蔗渣、芦苇、竹子等非木材纤维年产量就超过10亿
吨。这些非木材纤维以及大量的木材加工剩余物，都是取之不尽的天然高分子化
工原料仓库和能源。
由于目前油气资源的急剧减少，石油将会供不应求。因此到下世纪以农作物、树
木等有机质为主的有机能源占地球总能源的比例将显著提高。从能源和资源的角
度来看，植物质是一种可再生的清洁能源和资源。开发利用这种能源和资源具有
深远的意义和现实价值。但目前木质植物作为能源材料主要是沿用古老方式，以
固体形式直接燃烧。这样做，一是燃烧不完全，热值低；二是使用不方便，使用
场合受限制；三是对环境造成污染。
液化是大规模利用木质纤维素的最有效方法之一。木质纤维素液化后，可以得到
醇类、可燃性油及可燃性气体，从而成为来作为一种新的能源可作为燃料使用，
也可作为化工原料使用。液化的方法大体上可分为热法、热化学法、化学水解法
和生物法。在这几种方法中，最有前途的方法是热化学法。其降解产物除了用作
燃料外，还可用作化工产品的原料，同时，植物中的纤维素、木质素、半纤维素
都能得到利用；生产周期短，生产过程可连续化。它是工业发达国家竞相发展的
新技术。
关于植物纤维原料液化的研究，既包括植物全材的液化，也包括纤维素、半纤维
素、木素等单组分的液化。前者更具有实用价值，而后者则有助于我们弄清一系
列有关植物纤维原料液化的基础性问题。
二、国内外研究现状
鉴于热化学转化最简单，成本最低，这种方法成为近年各国发展的重点。据报道
，美英等国将木质植物加工成液体燃料的技术已达到实用阶段。美国俄勒冈州一
家以木片为原料加工原油的工厂，每吨木片可制成300公斤木质石油，英国一家公
司采用液化技术，用100公斤木材生产出24公斤木质石油、16公斤沥青和15公斤蒸
汽。据称，这种木质石油与中东地区生产的石油质量相近；俄罗斯用锯末制取石
油，产率达70-92%。据报道，目前木质石油的成本仍很高，相当于原油的1.2-3.
6倍。但随着科学技术进步和未来石油缺乏时价格上涨，两者的价格差距会减小。
一般来说，纤维素较容易液化，而木素因分子中有较多苯环，分子量大，热解较
困难。自70年代起，已有人在大约350℃和140~240atm条件下，用均相催化剂，和
CO/H2混合气将木片液化为重油。反应时间约1h, 苯溶物（油）的产率可达40%~6
0%，原料转化率可达95%~99%。
由于上述条件过于剧烈，后来人们一直在寻求在相对温和的条件下进行植物
的液化,此研究业已取得了一定的进展。在300℃、10MPa的压缩热水中，以碳酸钠
为催化剂，加入氢气或一氧化碳等还原性气体，可使植物原料液化。该方法不仅
适用于多种植物原料，如木材、树皮，还可用于污泥、藻煤、乙醇发酵釜馏物等
的液化。当前，有关植物纤维原料液化的研究主要集中于反应催化剂的研究上。
一种优良的催化剂，应当能使反应在相对温和的条件下进行，同时得到较高产率
的液化产物。然而这方面的研究还有待深化。另外，植物纤维液化反应的反应器
距工业化应用的要求还有一定的差距。
目前，植物纤维原料热化学液化的研究已列为中国科学院应用研究与发展重点项
目。
三、总体研究目标和研究内容
木质植物资源的液化利用是一项资源高效利用的新技术。如果能实现植物资源的
充分利用，不仅能解决未来的能源短缺问题，而且能减少燃烧石油和煤炭带来的
环境污染问题。尽管该项技术能给人类带来如此之多的好处，在世界范围内，它
都没有实现工业化，其原因是还有许多重大的基础科学和技术问题没有解决。
植物质催化液化热研究的总体目标是利用催化和热裂解反应相结合的方法将植物
质的主要成分——纤维素、半纤维素及木质素——转化成低分子化合物，作为能
源或基本化工原料。
本课题将实现以下总体研究目标：
1． 对木质植物催化热裂解反应的机理有较深入的认识；
2． 研制成功适合木质植物质催化热裂解的催化剂；
3． 实现木质植物质受控催化热裂解；
4． 提高木质植物催化热裂解的转化率和选择性。
用热化学法进行木质植物液化的重大基础性问题应当包括以下内容：
1. 木质植物热化学反应热力学和动力学；
2. 木质植物热化学催化反应过程和高效的催化剂；
3. 不同木质植物热化学反应产物结构与组成；
4. 连续高效木质植物热化学反应的技术及其反应器。
希望“十·五”期间国家自然科学基金能将这方面的研究列为重点支持的研究课
题。
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