生物油高效利用研究进展
魏晴，魏贤勇，梅丽敏，宗志敏
（中国矿业大学化工学院，江苏徐州 221116）
摘要：生物油是生物质经快速热解技术制得的一种液体产品。生物油的特殊理化性质决定其
可以进行燃烧，但是必须经过提质才能转化为高品位燃料；此外，生物油物种组成丰富，是
重要的化工生产原料。综述了近年来国内外生物油高效利用的技术进展，分别对生物油作液
体燃料使用和作化工原料生产化学品的最新研究进行介绍。并分析生物油的品质提升技
术——生物油催化加氢和催化裂解的当前研究现状，总结存在的问题，预测了今后的发展方
向。最后，展望了生物油未来的发展趋势，并指出生物油高效利用技术具有广阔的发展前景。
关键词：生物油；液体燃料；催化加氢；催化裂解
中图分类号：TQ028.3；TK6 文献标志码：A
Research progress on efficient utilization of bio-oil
Wei Qing, Wei Xianyong, Mei Limin, Zong Zhimin
(School of Chemical Engineering and Technology, China University of Mining and Technology,
Xuzhou, Jiangsu 221116, China)
Abstract: Bio-oil is a kind of liquid product manufactured through fast pyrolysis technology of
biomass. Based on its specific physical and chemical properties, the bio-oil can be used as a fuel, but it
could become high value fuel only by upgrading. In addition, bio-oil can also be used as chemical raw
material due to its abundant components. So the technical progress on efficient utilization of bio-oil in
recent years was received. The latest research on bio-oil using for liquid fuels and chemical raw
materials were also summarized in brief. The advances and related problems of bio-oil upgrading
including hydrogenation and catalytic cracking were analyzed along with prediction of development
direction for the study. And, the development trend of bio-oil was prospected. It was sure that the
technology on efficient utilization of bio-oil had a bright prospect in the future.
Key words: bio-oil; liquid fuel; catalytic hydrogenation; catalytic cracking
随着煤、石油、天然气等不可再生资源的日益枯竭，开发研究新的可再生资源是当今世
界面临的重大课题。生物质能是指直接或间接通过植物的光合作用，将太阳能以化学能的形
式贮存在生物质体内的一种能量形式，能够作为能源而被利用的生物质能则统称为生物质能
源[1]。生物质能是仅次于煤炭、石油与天然气的第四大能源，在整个能源系统中占重要地位。
目前，生物质能作为清洁的可再生能源，已成为全世界的共识。生物质能的热化学转换是生
物质能转化利用研究中的重点[2-4]。
生物质热裂解转化成的液体产物叫做生物油。生物油是一种含水分的复杂有机混合物，
通过对生物油的物化特性和可能组成成分分析，发现生物油所含碳、氢比例比较大，且有一
定的热值，可以进行燃烧；另外，生物油中含有大量有机化合物，其数量可达数百种之多，
可以提炼出有用的化学品[5-8]。
目前生物油高效利用的方式主要包括将生物油直接燃烧、生物油品位提升后作液体燃料
使用或者将生物油用作化工原料生产化学品等。
基金项目：国家重点基础研究发展计划（973 计划）(2007CB210205)；江苏省自然科学基金(BK2007036)；
徐州市工业科技计划(XM08C092)
作者简介：魏晴(1986－ )，女，硕士研究生，主要研究方向：生物油的光催化氧化反应
通信联系人：魏贤勇，教授，主要研究方向：重质碳资源的高效利用，wei_xianyong@163.com
 1 生物油的理化性质
自20 世纪80 年代国际上开始研究生物质热解液化技术以来，至今已研制出多种反应器
以用于生物油的制备和生产[9]。同时生物油也在工农业生活的各个方面发挥着自己的绿色能
源的作用[10]。生物油是一种复杂的有机物混合体系，迄今为止，人类已采用各种分析手段
了解生物油的性质、组成和结构特征，这是生物油综合高效利用的前提[11]。
1.1 生物油的基本特性
生物质热解液化所得生物油是外观呈棕黑色、不透明黏稠、有流动性和刺激性气味的混
合物。水是生物油中含量最多的单种组分，主要来源于原料中的水分和热解过程生物质发生
缩聚反应所生成的水分[12]。生物油的pH 值通常在2~3 之间，强酸性是大量有机羧酸造成的。
生物油是不稳定的油品，这是由于生物油高的含氧量以及包含大量低沸点挥发性物质造
成的。生物油在保存或加热过程中会发生一系列聚合或缩聚反应从而改变其化学组成和理化
特性。
1.2 生物油的成分分析
生物油的化学组分极其复杂，不仅有小分子挥发性组分，还包括大分子的糖类，多数组
分在生物油中的含量很低[13]，因此不可能采用单一的分析手段鉴别出所有的成分。
研究者尝试不同的预处理手段和分析方法，得到不同的组分。生物油样品经过萃取、薄
层色谱等分离手段，可以分离出饱合烃与芳香烃类组分[14]。张素萍等[15]在470 ℃下对木屑
进行了快速裂解得到水相和油相产物，用溶剂萃取和柱层析的方法将油相分离成烷烃、芳烃、
极性组分和难挥发性组分。
虽然关于生物油的组成和结构的分析与表征仍在探讨中，但对生物油的主要组分已达成
共识[16]。生物油的主要组分是多种带有含氧官能团的酚类、醛类和酮类等芳香族化合物，
酸性组分主要以甲酸和乙酸等有机酸为主[17-18]。
1.3 生物油的燃烧性能
生物油的热值是生物油作为能源燃料的一个重要特性指标。石油基的常规液体燃料主要
是由碳氢化合物组成，含氧量极少；而生物油主要是由含氧化合物组成，含氧质量分数高达
50%以上，导致生物油的热值较低，只相当于石油的三分之一。
与汽油和柴油相比，生物油的着火特性很差[19]。表征液体燃料着火特性的参数是十六烷
值，十六烷值越高，表明燃料油越容易点火，着火滞燃期越短。正常高速柴油机所用燃料十
六烷值一般要求达到40~50，但是有学者在试验中推得生物油十六烷值为5.6[20]，如此低的
十六烷值，使得生物油作为燃料时会使机械工件磨损增大。
生物油可以稳定的燃烧，虽然点燃时较为困难，但是点燃后燃烧较为稳定，和常用燃料
柴油相比，生物油的燃烧火焰长度较短，但宽度较大。由于生物油燃烧室产生大量炭黑粒子，
从而使得火焰非常明亮，加强了火焰和周围物体的热辐射交换[21]。
2 生物油直接燃烧
国内外学者对生物油的燃烧性能做了大量的试验，从而检测生物油的燃烧性能和污染情
况。主要结论有：由于传统锅炉中喷嘴结构问题，传统锅炉需要改进喷嘴及部分部件后才能
使用生物油；生物油和常规油相比燃烧状态相差较大，生物油燃烧火焰大，燃烧时间长；但
是对比与传统燃煤锅炉，生物油在燃烧过程中仍然需要阻燃；这取决于生物油的质量好坏，
 质量差的生物油燃烧情况比较不稳定；相比于燃煤及燃油，生物油燃烧过后氮氧化物及硫氧
化物等有害气体的产生量较少，是一种较为洁净的能源；由于生物油的复杂性，普通柴油机
及燃气轮机不能直接用生物油作为燃料，除非对机器本身做出很大的构造改动，并且后期机
械操作也会更加复杂[22-23]。
因此，针对直接利用裂解生物油作为燃料的局限性还是较大，还提出了其他利用生物油
作为液体燃料的思路，其中有将生物油与其他液体燃料混合后作为燃料直接使用。国外某发
电站[24]使用生物油在燃烧炉中进行了大规模的煤共燃研究，研究证明生物油可与其他燃料
共燃。
3 生物油品质提升
含氧量高给生物油作为高品位能源的应用带来一些问题，如热稳定性差、热值低、挥发
性强和腐蚀性高等，必须经过适当提质才能转化为优质燃料油[25]。生物油精制的核心是脱
除生物油中的氧，在此主要介绍催化加氢和催化裂解两种精制方法。
3.1 催化加氢
生物油的加氢反应主要是通过与氢气作用，碳氧键断裂，从而氧元素以水或者CO2 的形
式除去。为了提高生物油的稳定性，可以适当加氢使得不稳定的不饱和键化合物反应为饱和
化合物，或者对不稳定的醛基加氢。而在深度加氢条件下，生物油中酚类物质会脱氧，其中
大分子化合物进一步裂化，除去生物油中的不饱和烃和非烃化合物等，或者将其转化为饱和
烃，从而得到可以广泛应用的热值接近石油类燃料的商品油。
Lin[26]筛选出0.5%Pt/Al2O3 和0.5%Pd/Al2O3 两种活性较高的催化剂来进行松木树皮和锯
屑生物油的催化加氢研究，以四氢萘、十氢萘等作为供氢溶剂进行加氢实验，制得轻质、低
黏度和淡色液体燃料，其中40%为汽油级轻质组分，50%为柴油级中质组分，10%为重质残
余物。
Mahfud 等[27]使用均相钌催化剂对生物油水溶组分进行催化加氢，试验采用温和的反应
条件(4 MPa，90 ℃)，并在水/甲苯有机两相体系中催化生物油。反应后，羟丙酮和羟乙醛的
含量显著减少，分别转化成丙二醇、乙二醇，含氧量大大降低。
生物油在高温条件下易结焦，80 ℃以上生物油聚合反应强烈，导致实际油品加氢难度
较大，所以开发80 ℃以下催化加氢所需的催化剂是发展生物油催化加氢的关键[28]。
3.2 催化裂解
催化裂解是生物油在催化剂的作用下其中大分子化合物裂解为小分子烃类，反应中氧元
素以H2O、CO 和CO2 的形式除去[29]。相比于催化加氢相，催化裂解反应条件较为温和，常
压在没有氢气的条件下进行的反应，反应所需设备及运行操作成本都比催化加氢低，但催化
裂解效果不如催化加氢，其获得的精制油的产率一般比催化加氢较低。
郭晓亚等[30]采用HZSM-5 分子筛催化剂，将生物油与溶剂四氢化萘以1:1 的质量比混合，
在固定床反应器内催化裂解，实验结果表明，精制油中的含氧化合物如有机酸、酯、醇、酮
和醛的含量大大降低，而不含氧的芳香烃含量增加。
生物油经过催化加氢、催化裂解等精制手段适当改性处理后，可替代柴油和汽油作为动
力用油，且生物油中的氮和硫含量较少，燃烧过程中不会对环境造成污染，被认为是是理想
的清洁燃料油，对促进我国经济的可持续发展具有重要意义[31]。
要提高生物油品质，还需要进一步改进生物油催化加氢及催化裂解技术，可通过以下3
 点：1) 选择较佳的催化剂以提高效率；2) 考察反应体系的各种参数对反应的影响及产物的
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