传统化石能源作为我国长期以来消耗的主要能源，在过去很长一段时期内支持了中国经济的快速发展。然而由于“资源节约型、环境友好型”社会概念出现以及2015年达成《巴黎协定》后，围绕可再生、清洁等为核心的新型能源开始广泛被人们所了解。其中，生物质能源因其绿色环保、燃烧充分、灰分低等特点，且相对于其他可再生能源是唯一的可以为所有能源部门（包括交通运输、电力、加热和制冷等行业）提供化石燃料替代方案的能源而备受关注。地球上的可以利用的生物质能资源非常丰富，据统计，地球上每年通过光合作用产生的生物有机质约有1700亿吨，这些生物质中所蕴含的能量是全球能源消耗总量的10～20倍，但全球对生物质能源的利用率甚至没有达到3%，且生物质原料中过多的水分往往会延迟热解反应、增加供热成本和破坏热解液化产物的稳定性。此外，生物质还具有亲水性强、氧含量高、能量密度低（约18MJ/Kg）、不易储存且产地分散等缺点，造成其在运输、储存以及作为能源利用的成本偏高，进而限制了生物质利用技术的进一步发展。

近年来，秸秆等生物质的热化学转化利用（气化、液化、共燃）取得了较大发展，但无论哪种利用方式都对原料含湿量有较高要求，长期存湿稻秆也容易引起发霉变质，因此在工业化利用之前必须对稻秆进行以干燥、烘焙为主的前期预处理。烘焙是在常压、隔绝氧气的情况下，反应温度介于200~300℃之间对生物质慢速热解过程。生物质经过烘焙预处理后，纤维结构遭到破坏，体积逐渐缩小，研磨性能得到改善，疏水性明显增强，避免了储存的过程中复吸水导致生物质霉变。烘焙改变了生物质内在结构，促进了热解的快速进行，有利于挥发分的析出。生物质气化是指生物质在高温（500～1400℃）作用下，热解气化生成含有 CO、 CH₄ 和 H₂ 等可燃性气体，也含有一定量的 CO₂、 H₂O、 N₂ 和其他烃类化合物。生物质气化发电要经过如下三个环节：

（1）生物质气化，经过加热干燥等其他预处理的生物质在高温环境下热解气化，产生可燃性气体；

（2）气体净化，把气体通入净化系统，除去气体中的灰分、焦炭和焦油等杂质，以满足发电设备的入料要求；

（3）气体燃烧发电，净化后的可燃气通入燃气轮机或者其他内燃机燃烧做功发电，也可以通入锅炉内燃烧，利用产生的蒸汽驱动蒸汽机发电。

我国是农业大国，生物质资源丰富，全国单农作物秸秆收集量达7亿吨，但受传统农耕影响，大规模焚烧秸秆现象依然存在，生物质能源化利用率仅为11%，秸秆转化为生物质能源未达到工业化水平。自2013年来，国务院出台修订的“大气污染防治法”明确规定处罚露天焚烧秸秆涉事者，地方政府也加强了对秸秆综合利用的补贴，我国也逐步加大对生物质能源的开发与建设，以生物质发电为例，2006~2015年，我国生物质发电装机容量逐年增加，由2006年的140万kW增加至2015年的1031万kW，年均复合增长率达24.84%。据统计，我国2015年的生物质发电量为527亿kW·h，已经占全年总发电量的0.9%。发达国家的秸秆利用水平已达到工业化生产阶段，如美国，德国，瑞士等国家秸秆资源化利用达到800~1300万吨，将减少73.3％~92.3％温室气体排放量。日本在生物质利用技术方面所获得的专利已占世界生物质发明专利的一半，其中生物质气化能源利用方面的领域占了81%。

由于生物质种类多、成分复杂和投资成本大等因素，进行实验工作会有诸多不便，利用流程模拟软件Aspen Plus建立生物质烘焙和气化的模型并进行模拟和优化，有利于在现有方案的基础上进行多目标优化以达到最高经济效益的目的，还可以分析比较不同生产方案在能耗、副产品和废物处理能方面的优劣，从而选择最优生产方案，为工厂技术突破提供依据，对大力推进相关技术及设备的研究与开发有着很好的前景和现实意义。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容及目标

本选题通过网络、书籍等查阅国内外相关文献，从技术方案设计入手，以获得最佳操作方案为目标，利用Aspen Plus流程模拟软件，建立生物质烘焙气化模型，并对建立的模型进行优化，降低生产所需耗能，对副产物进行回收再利用，通过数据对比，得到最优操作方案。

2.2拟采用的技术方案及措施