非糧生物成為生物燃料技術(shù)研發(fā)新熱點(diǎn)

□ 任文坡 李雪靜 羅 琛

全球生物燃料正處于有序發(fā)展階段，原料和產(chǎn)品呈現(xiàn)多元化趨勢，非糧生物燃料和開發(fā)成本低廉的新技術(shù)是未來生物燃料可持續(xù)發(fā)展的方向。

生物燃料是一種可再生的清潔能源，從理論上說具有零二氧化碳排放的特性，且原料來源廣泛，加工手段多樣，產(chǎn)品用途各異，受到世界各國政府和科學(xué)家的廣泛關(guān)注。目前，全球生物燃料正處于有序發(fā)展階段，原料和產(chǎn)品呈現(xiàn)多元化趨勢，非糧生物燃料和開發(fā)成本低廉的新技術(shù)是未來生物燃料可持續(xù)發(fā)展的方向。

生物基化學(xué)品開發(fā)大有可為

目前，生物基化學(xué)品行業(yè)正吸引著一些化工龍頭企業(yè)與生物技術(shù)公司展開合作，其中最成功的生物基化學(xué)品包括1,3-丙二醇和乳酸，已基本實(shí)現(xiàn)全部生物基原料化?？煽诳蓸贰⑦_(dá)能和寶潔等公司對生物基聚乙烯產(chǎn)品的需求在不斷增長。此外，全球約12%的環(huán)氧氯丙烷和約8%的丙二醇來源于生物基化學(xué)品。據(jù)Rennovia公司預(yù)測，到2020年全球生物基化學(xué)品市場將從目前的36億美元增至120億美元以上。

生物丁醇與石油原料的化學(xué)丁醇生產(chǎn)工藝不同，但具有相同的化學(xué)特性，是一種極具潛力的新型生物燃料。與乙醇相比，丁醇具有更高的能量密度和揮發(fā)性。由發(fā)酵法制取的丁醇濃度較低，分離提純是制約其技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的瓶頸。

俄羅斯托波切夫石油化學(xué)合成研究所開發(fā)了熱滲透蒸發(fā)丁醇分離技術(shù)，中試試驗(yàn)規(guī)?？蓪⒍〈紳舛葟?wt%提升至20wt%，乙醇濃度從0.15wt%提升至0.74wt%。該研究所還研究了以乙醇、2-甲基-1-丙醇、3-甲基-1-丁醇、含氧化合物、甘油、菜籽油或纖維素等為原料通過加氫脫水制取烷烴、烯烴、芳烴和環(huán)烷烴等產(chǎn)品的新型反應(yīng)途徑。如在工業(yè)Pt/Al2O3催化劑上，2-甲基-1-丙醇加氫反應(yīng)可以生成2, 5-二甲基己烷，乙醇和甘油加氫反應(yīng)可以生碳五～碳十二的烷烴和烯烴。在Pd-Zn/ZSM-5催化劑上，以菜籽油為溶劑，乙醇可轉(zhuǎn)化生成芳烴。在納米鉬和鐵催化劑上，纖維素可轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴，收率能夠達(dá)到90%。

第二代生物燃料技術(shù)研發(fā)正推進(jìn)

木質(zhì)纖維素是非食用生物質(zhì)，利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)生物燃料是第二代生物燃料技術(shù)，是當(dāng)前國際研究的方向和重點(diǎn)，目的是取代以食用生物質(zhì)為原料的第一代生物燃料技術(shù)。木質(zhì)纖維素利用途徑之一是先快速熱解制油，然后將其煉制成與傳統(tǒng)石化燃料性質(zhì)相似的產(chǎn)品。

目前，快速熱解油加工利用生產(chǎn)生物油品的技術(shù)開發(fā)還處于研究階段，但發(fā)展?jié)摿ο蚝?。印度科學(xué)與工業(yè)研究理事會將麻風(fēng)樹餅粕為原料制得的快速熱解油同減壓瓦斯油一起，在催化裂化裝置中進(jìn)行混煉，考察了不同混合比例（5:95、10:90、15:85和20:80）條件下的反應(yīng)效果。研究發(fā)現(xiàn)，隨著混合比例從5wt%上升至20wt%，催化裂化的轉(zhuǎn)化率從75wt%下降至64wt%；干氣、液化石油氣和焦炭收率均有所下降；石腦油收率從29wt%增加到35wt%；輕循環(huán)油收率從14.8wt%增加到20.4wt%；重循環(huán)油的收率從8wt%增加到14wt%。由于快速熱解油是含氧化合物，其混煉比例的增加，會導(dǎo)致重循環(huán)油收率隨之增加，因此會限制快速熱解油的混煉比例。綜合考慮產(chǎn)品的收率分布情況，快速熱解油的適合混煉比例在5wt%～10wt%之間。

生物制氫成為研究熱點(diǎn)

□ 勝利油田正在建設(shè)國內(nèi)最大規(guī)模的捕集純化燃煤煙氣二氧化碳工程。圖為運(yùn)行人員在認(rèn)真記錄參數(shù)變化，確保系統(tǒng)高效運(yùn)行。 李建強(qiáng) 攝

生物質(zhì)是能量和氫的雙重載體，是低硫和二氧化碳零排放的清潔能源?；诳稍偕茉吹臍淠苈肪€是真正意義上環(huán)境友好的清潔能源技術(shù)。目前，生物質(zhì)制氫技術(shù)有化學(xué)法和生物發(fā)酵法。化學(xué)法制氫技術(shù)成熟、氫純度高，但效率低、能耗高、制氫成本昂貴。與化學(xué)法相比，生物發(fā)酵法制氫技術(shù)因具有高效、節(jié)能、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。近年來，生物制氫已成為世界各國關(guān)注的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。

生物發(fā)酵法中的暗發(fā)酵（也稱厭氧發(fā)酵）生物制氫是在厭氧條件下利用細(xì)菌發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生氫氣。暗發(fā)酵不需光源，原料來源廣泛，不但可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氫，而且反應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)、操作及管理方便簡單。印度斯坦石油公司開發(fā)了小試規(guī)模的暗發(fā)酵生物制氫技術(shù)，每摩爾葡萄糖能產(chǎn)生2.0～2.4摩爾氫氣，相比4摩爾氫氣的理論產(chǎn)量，該技術(shù)已是一項(xiàng)非常重大的突破，為進(jìn)一步提高氫氣收率開辟了一條值得深入探索的路徑。

在化學(xué)法制氫方面，針對生物質(zhì)熱解油難以直接用于運(yùn)輸燃料的問題，開發(fā)生物質(zhì)熱解油制氫相關(guān)的蒸汽重整技術(shù)和催化劑成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。在現(xiàn)有的蒸汽重整制氫催化劑中，非貴金屬鎳能夠打斷C-C健，但是容易產(chǎn)生積炭；貴金屬能夠獲得優(yōu)異的氫氣收率，但價(jià)格昂貴；助劑鋅的引入能抑制甲烷和一氧化碳的產(chǎn)生，從而保持高的氫氣收率，不同的載體選擇也會帶來不同的反應(yīng)性能。印度工程師協(xié)會有限公司在現(xiàn)有催化劑的基礎(chǔ)上引入鎂和鑭后，提高了催化劑對蒸汽的吸附能力，同時(shí)使酸性位上形成的積炭部分氣化，從而減少了積炭。該公司還對比了固定床和流化床的反應(yīng)性能，固定床裝置容易導(dǎo)致催化劑積炭失活；流化床裝置有利于積炭的脫除，從而降低催化劑因積炭引起的失活，但流化床裝置需要催化劑具有高強(qiáng)度的機(jī)械磨損性能。