1. 研究目的与意义
木质纤维类生物质由纤维素、半纤维素和木质素三大部分及少量的抽提物组成。其中，纤维素是由葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成的长链线型高分子化合物，是细胞壁的主要成分，聚合度较高，含量约在40~60%之间。而半纤维素主要是由含有较多支链的五碳糖组成的化合物，聚合度较低，含量在20~40%之间，相对于纤维素来说容易降解。木质素是三大部分中最难降解的高聚物，主要是苯丙烷单元通过β-O-4醚键等化学键连接而成的芳香性化合物，在生物质中占10~25%。生物质的降解过程主要是这三大组分的降解过程，由于生物质的组成复杂，且降解过程中各组分相互影响，使得产物变得更加复杂，制约了生物质的工业化应用。若能将生物质中的某一组分大量转化为某一类高附加值化学品，使其在复杂的产物中含量相对较高，同时容易分解出来，这将对生物质的利用有非常重要的实际意义。
目前，生物质能源和化学品主要是通过生物质的热化学转化和生物化学转化两种途径获得。其中热化学转化具有转化率较高，能充分利用生物质原料中各组分等优点，方法有直接燃烧、气化、热解和直接液化等。直接燃烧是生物质最原始也是目前最主要的利用方式，不需要大的投资，但其热利用效率较低，而且会产生二次污染物，大规模利用会产生雾霾。生物质气化存在着气体产物热值低，不易存储和输送，产生的焦油难以处理等问题。生物质快速热解技术加热速率快，液化时间短，收率较高，但生物油的品质较差，且反应条件苛刻，对设备要求高。生物质加压液化是指在相对较低的温度和较高的压力下，生物质在水或其它合适溶剂中分解成小分子液体产品的过程。生物质液化得到的液化油的品质比快速热解得到的液体产物好，经过提质，液化油的品位可以得到提高，并可获得液体燃料和高附加值化学品。因此，生物质液化技术是目前最具有大规模开发利用前景的生物质利用方式之一。目前，以生物质为原料制备高附加值化学品乙酰丙酸酯的方法主要有乙酰丙酸酯化法和直接醇解法，其中由于生物质直接醇解法制取乙酰丙酸酯的生产工艺较为简单，越来越受到研究人员的关注。生物质直接醇解就是生物质在醇体系中液化降解的过程，既能将固态的生物质转化为液体燃料，又能得到许多高附加值的化学品。目前，生物质直接醇解液化制备乙酰丙酸酯的研究主要集中在催化剂的选择上面，如无机酸，有机酸和固体酸等，而溶剂一般都为相应的醇，但是存在着液固比高，催化剂用量高，乙酰丙酸酯难以分离提纯等问题。因此，本文以纤维素为模型化合物研究乙酰丙酸乙酯的制备和分离方法，以期为生物质液化制备乙酰丙酸酯提供前期理论基础。2. 国内外研究现状分析
生物质颗粒及成型燃烧设备；西欧一些国家(荷兰、瑞典、比利时、芬兰、丹麦等)在20世纪70年代已有了冲压式成型机、颗粒成型机及配套的燃烧设备；亚洲一些国家(泰国、印度、韩国、菲律宾等)在20世纪80年代已建了不少生物质固化、碳化专业生产厂，并研制出相关的燃烧设备。日本、美国及欧洲一些国家生物质成型燃料燃烧设备已经定型，并形成了产业化，在加热、供暖、干燥、发电等领域已普遍推广应用。
我国从20世纪80年代引进开发了螺旋推进式秸秆成型机，近几年形成了一定的生产规模。例如，陕西省武功县轻工机械厂研制的螺旋推进式秸秆成型机，辽宁省能源研究所研制的颗粒成型机，南京林产化工研究所研制的多功能成型机，河南农业大学机电工程学院研制的活塞式液压成型机，在国内都已形成了产业化。但国产成型加工设备在引进及设计制造过程中，都不同程度地存在着技术及工艺方面的问题，这就有待于去深入研究探索、试验、开发。
目前，我国对生物质成型燃料燃烧所进行的理论研究很少，对生物质成型燃料的燃烧机理及动力学特性研究才刚刚开始，关于生物质成型燃料燃烧理论与数据还没有人系统地提出。关于生物质成型日本在20世纪50年代，研制出棒状燃料成型机及相关的燃烧设备；美国在1976年开发了燃料燃烧设备的设计与研究几乎是个空白。一些单位为燃用生物质成型燃料，在未弄清生物质成型燃料燃烧理论的情况下，盲目地把原有的燃煤设备改为生物质成型燃料燃烧设备，但改造后的燃烧设备仍存在着炉膛的容积、形状与生物质成型燃料燃烧不匹配等情况，致使燃烧设备的燃烧效率及热效率较低，出力及工质参数下降，排烟中污染物含量高。为了使生物质成型燃料能稳定、充分、直接地燃烧，根据生物质成型燃料燃烧理论重新进行系统设计与研究生物质成型燃料专用燃烧设备是非常重要的，也是非常紧迫的。
3. 研究的基本内容与计划
能源是人类社会发展的物质基础和驱动力。目前，世界上的主要能源消耗仍是以煤、石油及天然气等不可再生能源为主，但是这些传统化石能源的储量面临枯竭，必定不能满足日益增长的能源需求，供需将会趋于更加紧张，能源价格也会越来越高，各国的能源压力也将进一步加大，能源短缺问题将成为制约经济发展的主要因素之一。我国是世界上第二大经济体，也是发展速度最快的国家之一，能源需求量越来越大，能源消耗量仅次于美国，但能源自给率不断降低，对外依存度逐年上升。我国从1993年起开始成为能源净进口国，但仅过20年，2013年天然气和石油的对外依存度就已经达到31.6%和58.1%，而且在未来较长时间内，我国对石油和天然气进口的需求仍将保持旺盛，这严重威胁到国家能源安全，制约社会经济可持续发展。同时，大量的化石能源消耗会排放出有毒有害气体，导致了气候变暖、光化学烟雾、酸雨和雾霾等环境问题，经济发展与环境污染的矛盾日益凸显。
与此同时，生物质能作为一种清洁的可再生能源却面临着利用不足的问题。生物质是指可再生的有机物质，主要包括农作物秸秆、粮食和饲料作物的残体、树木和树木残体等纤维类生物质及动物粪便等其他废弃物。我国的生物质资源很丰富，每年的资源总量超过30亿吨，相当于10亿吨油当量，其中仅农作物秸秆总量就达7亿多吨，相当于4~5亿吨标准煤。但是我国每年都有大量秸秆被焚烧，农林废弃物被直接丢弃，得不到充分利用，这不仅浪费资源，而且污染环境。如果能够将这类生物质资源转化为高品位的气体及液体燃料和化学品，既可以减少对煤，石油，天然气等化石资源的依赖，同时也能减少温室气体二氧化碳及其它有害气体的排放，改善环境，缓解气候变暖问题，缓解经济发展与环境污染之间的矛盾。因而生物质的利用越来越受到关注，成为新的研究热点，各国政府也通过法案加大生物质研究的投入，如美国推出了能源农场计划，巴西实施的酒精能源计划等能源替代计划。我国也于2006年开始实施《中华人民共和国可再生能源法》，并推出了《可再生能源中长期发展规划》，这必将会促进和推动我国的生物质能源发展。以生物质为原料进行能源的开发，将成为缓解能源、资源和环境压力的重要研究热点。
4. 研究创新点
以纤维素乙醇技术为例：水解方面为了降低纤维素结晶度和聚合度，使纤维素酶等催化剂能够更充分和纤维素分子接触，增加反应表面积，加速酶促反应，高效低成本的预处理技术的开发尤为关键。发酵方面，五碳糖的发酵已经有了很大的进展，从开始无法利用到现在40%开发度，已经出现了很大发展。但如果五碳糖的转化率能和六碳糖一样高，那么经济成本的降低不仅会是五碳糖的利用，而且会降低后续乙醇浓缩工艺的成本，而纤维素燃烧乙醇的生产过程中，乙醇浓缩部分占整个工艺能耗的60%以上，这些都充分体现了科技创新对整个产业发展的优化作用。
