目前，在生物质快速热解得到的生物油中，经鉴别出的有机物已经超过300种，包括有机酸、醇、醛、醚、酚等各个类别，其中含有多种特殊的高附加值的化学品。相对于加工化石燃料，从生物质中生产化学品可能更简单也更具吸引力。人们越来越关注回收单个化合物或一系列化学品的可能性。与燃料相比，特殊化学品的潜在价值要高得多，这使得即使是小浓度的回收也是有意义的。因此，生物油作为一种化工原料正得到越来越多的关注。生物油中虽然含有很多种高附加值的化学品，但绝大多数物质的含量都很低，而且目前生物油的分析和分离技术还远远没有达到成熟的地步。因此，现阶段大部分针对生物油的提取研究，都是为了分离提取含特定官能团的某一大类组分，这也是生物油最有可能实现商业化的化工应用。根据生物油中各种化学类别组分的含量以及提取的难易程度，目前最成功的提取研究主要有：分离生物油水相部分作为熏液使用；提取酚类物质用于制备酚醛树脂。
乙酸、乙酰乙酸、葡萄糖（或左旋葡聚糖）和酚类等化学物质可以通过对生物油或其馏分的进一步加工生产，也可以直接从生物油中提取。分离技术将在生物油化工生产中发挥重要作用。在生物质热解过程中，提高对更容易用于生产燃料和化学品的化合物的选择性，将增加热解过程的经济性。可以通过生物质的脱盐增加对脱水糖的选择性，生物质脱盐可以在热解之前使用反应过程中产生的酸来完成。热解技术可能成为热化学与生物技术相结合的技术之一。利用新的实验和理论工具对热解反应进行更为详细的研究，有可能大幅度提高脱水糖的产量，从而使这些糖的生产和发酵在技术上可行，有望开发出能够直接发酵产生脱水糖的新型高效微生物。
几个世纪以来，木材生物油是甲醇、乙酸、松节油、焦油等化学物质的主要来源。目前，这些化合物中的大多数可以以较低的成本从化石燃料原料中得到。虽然在木材快速热解所得生物油中发现了300多种化合物，但它们的浓度通常太低，无法考虑分离和回收。因此，迄今为止，从整个生物油或其主要的、相对容易分离的部分产品生产化学品的技术最为发达。目前，从生物油中获取的一些化学品见表4-6。与燃料和能源产品相比，化学品的附加值要高得多，因此更具有商业吸引力。分离或回收这些化学品需要综合考虑市场、价值、成本和工艺。第一步是评估具有最高浓度的成分，因为加工将更容易，成本更低。然而，这可能不是最好的策略，需要仔细考虑资本和运营成本、产品价值以及残渣或废物的利用或处置。由此就提出了一个生物炼制的概念，在这个概念中，燃料和化学品的最佳组合被生产出来，这将在下面讨论。
表4-6 从生物油中获取的一些化学品
生物炼油厂有很多潜在的产品。正如石油和石化产业生产大量的工业品和消费品一样，生物炼油厂最终可以满足我们的所有需求，因为技术不是限制因素，经济才是。目前，由于生物油分析和分离技术还远远未成熟，难以实现对各种化学物质的分离，因此提取或利用生物油中的某些类别的化学成分是目前生物油应用的主要研究方向。从生物油中提取某些特殊的化学物质，除了需要先进行分离工艺外，还需要尽可能地通过特定的原料预处理和反应条件增大生物油中该组分的含量，保证提取的经济性。生物油中比较具有提取价值的物质包括羟基乙醛、左旋葡聚糖、低聚糖酐等物质。目前，可以通过液-液萃取的方法提取酚类，通过酯化的方法提取羧酸；利用生物油中的羰基和氨水、尿素或其他含氨基物质反应制备无毒害的氨基肥料，这个过程也可通过在生物质原料中添加含氮物质而实现，这种氨基肥料对地下水的污染比矿物肥料小；生物油中的酚类物质有杀虫功效，可作为木材防腐剂，酚类物质同样可以用作制备酚醛树脂的原料。通过加水可以将生物油分离为水相和油相两部分，水相中的多种物质都可以用作食品调料；生物油水相部分还可用于制备羧酸钙盐，用作路面除冰剂；生物油的油相部分可以用来制备酚醛树脂。
利用生物油作为可再生化学品的来源，是生物炼油厂提高工艺经济性所必需的，因为生物油在燃料生产和提质工艺等方面具有更大的价值，这对整个潜在的工艺经济性具有重大影响。自2010年以来，研究者对阐明生物质热解产生生物油的反应机理，以提高生物油中高附加值化学品的收率进行了综述。其中，溶剂分离在寻求化学回收和纯化的过程中经常被使用。可使用有机溶剂、水或两者综合进行生物油液-液萃取，还可以利用超临界二氧化碳萃取；三辛胺或离子液体等可以选择性地提取生物油中的有机酸；还可以添加盐以促进生物油相分离。生物油分馏也可直接制备目标化学品，如左旋葡聚糖或酚类化合物。催化快速热解生物质可生成含有单木酚的生物油自发水相，该水相可转化为生物聚合物前驱体。
生物油中分离的各种化学物质有许多应用，如表4-7所示。左旋葡聚糖是生物油的主要成分，具有生产聚合物、食品添加剂、医药、农药、表面活性剂、生物乙醇等的潜力，通过相分离可以将其从生物油中分离出来。乙醇在燃料链上的应用已得到充分的证实。糠醛因其独特的溶解芳香族和不饱和油的能力而有着广泛的应用前景，被用作润滑油的溶剂、杀菌剂和除草剂；它也用于产生呋喃、甲基呋喃、乙酰呋喃、糠胺和糠酸。目前，糠醛主要市场是氢化形成四氢呋喃，这是一种比糠醛本身更重要的溶剂。乙酸是世界上最常见的化学物质之一，在食品和药品中有广泛的应用，它还用作醋酸乙烯单体、醋酸酐和醋酸酯生产过程中的酸剂和原料。甲酸作为动物原料的防腐剂和抗菌剂有着初步的应用；它也用于纺织品染色、皮革鞣制和电镀。羟基乙醛可用于强化香肠肠衣，并用作食品中的褐变剂。从生物油中去除甲酸和乙酸等酸性组分对回收产品有积极影响，因为在提供可销售的化学产品的同时，它还去除了生物油中对金属存在腐蚀作用和其他不稳定的物质。
表4-7 生物油中化学物质的应用(www.xing528.com)
加拿大拉瓦尔大学的研究人员通过真空热解装置从木材中得到有价值的生物油，得到的产物在两个冷凝系统中可分为有机相和水相，分离是在反应器出口通过复杂的回收方法实现的，涉及热解单元的压力和冷凝器冷却水的温度，随后用溶剂色谱法对油样进行顺序洗脱。研究表明，可在不同的组分中回收酚类和低分子量羧酸两类化合物。大量存在的酚类、丁香酚和愈创木酚在医药上有应用；羟甲基焦酮、香兰素和异丁香酚可在食品工业中用作调味剂；含氧杂环化合物如糠醛在涂料工业中有应用。
美国太阳能研究所（SERI）报告了生物油根据溶解性和反应性的差异进行分馏，得到适合于生产酚醛树脂的产品。本方案涉及胶合板制造用的酚醛胶黏剂的制造。胶合板残渣经热解后可产生约25%的焦和25%的油，后者可满足工厂对酚类物质的需求。此提质过程不需要分离和隔离单个组分，取得了非常有前景的结果。用水清洗热解冷凝液，分离水溶性组分。水不溶性物质溶解在乙酸乙酯中，然后用碳酸氢钠水溶液洗涤，以去除水溶性钠盐中的强有机酸。残留在乙酸乙酯溶液中的有机物质由酚类和中性化合物组成，它们可以通过蒸发溶剂来回收。如有需要，可用氢氧化钠在水相中形成可溶的酚酸钠，用酸中和改性酚，再用乙酸乙酯萃取，蒸发溶剂，从中性物中分离酚类物质。初步的酚醛胶黏剂配方研究工作证实，需要从酚类/中性组分中去除有机和酸性组分，但中性组分不需要进一步纯化就可以使用。这一结果消除了额外的工艺成本，提高了黏合材料的产量。在配方中，发现酚类/中性组分不仅可以代替苯酚，还可以部分代替甲醛。酚醛黏合剂的另一个潜在应用是用木纤维、薄片或木片制造重组复合产品。对该工艺进行的经济评估表明，生产酚类/中性组分部分的成本与生产酚的成本非常具有竞争力。
加拿大滑铁卢大学的快速热解工艺可最大限度地提高液体产量及其脱水糖（主要是左旋葡聚糖）产量。这项研究是利用典型的农业废料小麦糠进行的。表4-8给出了未处理原料和经5%硫酸处理的原料在500℃下的热解试验结果。用硫酸预处理小麦糠，可使70%以上的纤维素转化为可发酵的糖，使左旋葡聚糖的产量显著增加。纤维素单体裂解产物，如羟基乙醛的产率也大幅度下降，而且焦产率较低。据称，酸对这一过程有两个关键影响：首先，它去除了碱和碱土金属元素，这些金属元素明显地催化了裂解和炭化反应，而不是解聚反应，并抑制了左旋葡聚糖的生成；其次，对脱水糖的释放有积极的催化作用。
表4-8 小麦糠在500℃下的热解试验结果
a测试存在误差。
图宾根大学报道了一种将生物质（大豆、羽扇豆和橄榄渣）转化为石油化工产品和燃油的热催化转化工艺。这一工艺被设计成直接从植物、种子或农业废料中生产脂肪酸混合物。在硅基催化剂作用下，这些物质的脂类和磷脂在280～320℃下转化为C12～C18脂肪酸。在这些条件下，生物质的纤维素和木质素成分转化为可以用作活性炭的焦。脂肪酸和活性炭的价值都是燃料的五倍。除了脂肪酸外，还可以得到相当于柴油的燃料。通过此工艺，从100 kg的油菜种子中可提取出20 kg脂肪酸、15 kg柴油和30 kg活性炭。
化学过程工程研究所（CPERI）通过催化转化酚类组分，对生物油进行改质以制备甲基芳醚（MAE）。此前，美国能源部开展了煤液化物中酚类物质的研究。酚类物质用氢氧化钠水溶液萃取，然后与硫酸二甲酯反应得到MAE产品。在各种广泛的实验室和汽车试验中，研究者证明，当MAE混合物与商用汽油混合时，它在辛烷值、经济性、油耗、发动机磨损、废气排放和驾驶性能方面与商用汽油相当或更优。表4-9给出了基础汽油和基础汽油与MAE混合油的辛烷值比较，其中MAE的体积分数分别为5%、10%和15%。从表中可以看出，MAE是很有前途的辛烷值改进剂。
表4-9 基础汽油和基础汽油与MAE混合油的辛烷值比较
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