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生物质化学技术实现产业化应用

发布时间:2020-10-05 点击:生物质能转化利用技术
  

  乙二醇、丙二醇等低碳多元醇是重要的能源液体燃料,也是一类非常重要的聚酯合成原料,市场需求量逐年增加。传统的工业生产主要是采用石油原料线,即乙烯经过环氧化后得到环氧乙烷,然后水合得到乙二醇;DuPont公司采用了丙烯为原料,氧化后得到丙烯醛,再水合和加氢制备丙二醇;Shell公司开发了乙烯环氧化、环氧乙烷羰基化、再加氢的工艺生产丙二醇的方法。这些合成线的原料依赖于石油资源的消耗,特别是采用重要战略资源和价格昂贵的乙烯和丙烯为原料,对石油资源的依赖性很强,使得裂解乙烯和丙烯的原料线受到严重。另外,制备过程都需要经过氧化或环氧化步骤,技术难度大,效率低,副产物多,物耗高且污染严重。

  由中国科学院大连化学物理研究所和大成集团公司承担的中科院东北振兴科技行动计划重点项目“生物质线加氢裂解制备乙二醇等低碳多元醇”,已提前全面完成各项任务指标。本项目开发研制了具有原始创新性的裂解催化剂制备新方法和新技术;完成了山梨醇催化裂解制备乙二醇、丙二醇的技术新线和工业应用工艺包;山梨醇率95%以上,醇类选择性88%以上,裂解反应规模达到5000吨/年,形成具有自主知识产权的原始创新性。为生物质资源的优化利用,开辟一条替代化石资源的“非石油线”,为能源化学品和新材料合成单体的原料来源,提供创新技术和工业示范装置。对于缓解我国石油资源短缺和能源紧张的局面有重要意义。

  虽然国内外加强了对生物质资源利用研究的重视,也有一些专利技术报道,但局限于实验室小试开发,仅仅研究技术线的科学可能性问题,没有解决技术应用的可行性问题,也没有形成工业规模和技术工艺包等关键技术。存在的主要困难在于工艺条件苛刻、催化剂选择性低、产品为经济性差的甲醇或乙醇;反应过程中活性组分容易聚集和流失、催化剂活性降低较快和寿命短等,分离过程能耗大,产品色度差。因此,实现山梨醇制乙二醇、丙二醇和丁二醇的工业化示范,主要面临着许多科学和技术挑战。

  中国科学院大连化学物理研究所对于催化新材料的研究和开发具有长期的技术积累和基础,开发的纳米金属氧化物催化新材料、纳米金属催化新材料、非金属催化新材料等已经在加氢裂解过程、生物质过程、催化氧化过程等得到应用。已经完成纳米金属催化新材料的放大制备工艺技术;环己烷氧化反应7万吨工业试验通过专家评议验收;对生物质裂解制备多元醇领域也有多年的研究。2004年开始,大连化物所与大成集团公司合作,开发出一种高效玉米多元醇产品催化剂和反应工艺,形成了产学研相结合的技术支撑体系。催化剂的开发于2005年完成小试和放大制备。裂解反应结果表明,开发的催化剂裂解活性高,丙二醇和乙二醇的选择性好。催化剂性能稳定,寿命长,具有很好的耐碱性能。2006年在 “十一五”国家科技支撑计划项目和中科院东北振兴科技行动计划重点项目的资助下,建成了5000吨/年规模的工业示范装置,形成了成套的工业应用技术工艺包,缓解产品大量进口状况,节约外汇,具有极大的技术推广和应用前景。

  该项目开发的催化剂新体系和制备新方法,不仅可以解决催化剂的生产和应用问题,而且可以形成自主知识产权。为替代石油等化石资源的新技术开发、纤维素、淀粉等其他的生物质资源开发利用,提供重要参考依据。该项目通过开辟可循环再生的生物质资源利用技术新线,实现资源的优化利用,可缓解传统技术对石油资源的依赖,为解决石油资源短缺造成的能源、聚酯材料和大化学品生产原料来源问题,提供一条新的可持续发展途径,是一条比石油线更具有长远竞争力的新过程,对于社会、经济和的可持续协调发展,具有重要的推动作用。

  从生物质原料等非石油资源线出发合成乙二醇和丙二醇等多元醇类产品,是一条最具有竞争力的原料线。生物质资源的原料来源丰富,价格低廉,通过光合作用可以实现循环和再生;生物质中含有大量的多羟基化合物,如糖类、淀粉、纤维素等,它们为乙二醇和丙二醇时,目标产品中也存在有这些羟基结构,因此,这些化合物的化工过程是高原子经济性的过程。采用生物质资源等非石油线的方法合成低碳多元醇类,建立新的技术线和工业示范装置,是一原子利用率高的友好过程;对于提升生物质的资源的价值、解决缓解石油资源紧张状况、开发可循环和再生的能源化学品和新材料单体合成技术,具有极为重要的战略意义。

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