生物質(zhì)轉(zhuǎn)化工程-課件

生物煉制、生物基化學品及生物質(zhì)水熱轉(zhuǎn)化生物煉制、生物基化學品及生物質(zhì)水熱轉(zhuǎn)化1生物質(zhì)生物質(zhì)種類繁多，總量巨大生物質(zhì)生物質(zhì)種類繁多，總量巨大2生物質(zhì)結(jié)構生物質(zhì)結(jié)構3生物能源的歷史沿革工業(yè)革命之前主要的能量（熱量、蒸汽）等及煉鐵的焦炭等來源煤的使用石油的大規(guī)模煉制生物能源研究重新興起生物能源的歷史沿革工業(yè)革命之前主要的能量（熱量、蒸汽）等及煉4生物質(zhì)能源的應用形式生物質(zhì)能源的應用形式5

基于化石資源的傳統(tǒng)化工利用不可再生的化石資源，集中的生產(chǎn)方式，高效的生產(chǎn)效率，創(chuàng)造了大量的物質(zhì)財富，滿足了人類的物質(zhì)生活需要，開創(chuàng)了當今的繁華盛世?；诨Y源的傳統(tǒng)化工的巨大成就基于化石資源的傳統(tǒng)化工利用不可再生的化石資源，集中的6核心技術開發(fā)催化裂化固定床移動床提升管原料:穩(wěn)定

大規(guī)模供應技術:催化劑

工藝產(chǎn)品:燃料,化學品煤化工及石油化工對生物質(zhì)利用的啟示核心技術開發(fā)催化裂化固定床移動床提升管原料:技術:產(chǎn)品:煤化7熱電廠

2.8BillionTon微藻及其他生物質(zhì)CO2EmissionAdsorption低碳工業(yè)

石油化工1.1BillionTon黑色金屬

0.6BillionTon

水泥化工0.9BillionTon二氧化碳減排煤化工及石油化工對生物質(zhì)利用的啟示熱電廠微藻及其他生物質(zhì)CO2Emission8不可再生的”碳氫化合物(hydrocarbons)”時代燃料和化學工業(yè)

可再生的”碳水化合物(carbohydrates)”時代不可再生的”碳氫化合物(hydrocarbons)”時代9產(chǎn)品生物質(zhì)煉制生物質(zhì)CO2化學生物技術工程廢棄物-食物;-生物塑料;-溶劑;-纖維;生物洗滌劑;化學品-燃料-…….產(chǎn)品生物質(zhì)煉制生物質(zhì)CO2化學生物技術工程廢棄物-食物;10生物質(zhì)煉制：生物催化與化學催化的有機結(jié)合生物煉制：以可再生的生物質(zhì)為原料，經(jīng)過生物、化學、物理方法或這幾種方法集成的方法，生產(chǎn)一系列化學品、材料與能源的新型工業(yè)模式。Science,2006,311:484-498燃料化學品材料生物合成氣平臺熱、電生物質(zhì)生物催化化學催化物理方法……生物質(zhì)煉制：生物催化與化學催化的有機結(jié)合生物煉制：以可再生的11NREL’sDefinition

美國國家再生能源實驗室（U.S.NationalRenewableEnergyLaboratory,NREL）:

以生物質(zhì)為原料，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化工藝和設備相結(jié)合，用來生產(chǎn)燃料、電熱能和化學產(chǎn)品集成的裝置。NREL’sDefinition美國國家再生能源實12平臺化合物基礎原料成份分離SGC2C3C5C6C4高分子材料淀粉半纖維素纖維素木質(zhì)素油脂蛋白質(zhì)碳水化合物糖平臺葡萄糖果糖甘露糖半乳糖木糖阿拉伯糖熱化學平臺生物質(zhì)生物質(zhì)H2、甲烷混合醇

衣康酸乙酰丙酸富馬酸丁二酸天冬氨酸蘋果酸檸檬酸葡萄糖酸山梨醇乳酸、甘油丙烯酸3-羥基丙酸乙醇、乙烯生物化學……生物煉制過程與產(chǎn)品平臺化合物基礎原料成份分離SGC2C3C5C6C4高分子材料13石油煉制生物煉制粗原料終產(chǎn)品原料

中間體平臺

化合物衍生

化學品合成

中間體石油基平臺化合物的生物替代石油煉制生物煉制粗原料終產(chǎn)品原料

中間體平臺

化合物衍生

化14

生物基產(chǎn)品占石化產(chǎn)品總額從2000年的不到1%，增長到2008年的6%，并每年以高于30%的速度增長，生物基塑料更是以38%的速度增長。

OECD預測：至2030年，將有35%化學品和其它工業(yè)產(chǎn)品來自生物制造。美國：到2030年替代25%有機化學品和20%的石油燃料。歐盟：化學品替代10-20%，其中化工原料替代6-12%，精細化學品替代30-60%。工業(yè)39%農(nóng)業(yè)36%醫(yī)藥25%2030年：生物技術的經(jīng)濟貢獻與環(huán)境效益生物基化學品正成為全球戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)

生物基產(chǎn)品占石化產(chǎn)品總額從2000年的不到1%，增長到2015生物基化學品已成為大型跨國公司競爭的焦點杜邦公司剝離石油資產(chǎn)，購買了生物技術公司和組織農(nóng)業(yè)綜合企業(yè)，未來3年將向應用生物技術部門投資5億美元，并將2010年銷售額的25%定位于生物質(zhì)產(chǎn)品。歐洲BASF、DSM、Lonza、Degussa和Roche等大型跨國公司已紛紛轉(zhuǎn)向工業(yè)生物技術領域，并已有產(chǎn)品投放市場。Dowpharma，Cambrex和Archimica等精細化工公司，主要通過收購其他相關公司來大幅度增強其生物催化研發(fā)能力。IBM、Microsoft等IT巨頭也紛紛涉足生物技術的研究與開發(fā)AmanoEnzyme,Codexis，BioCatalytics,Novozymes，Bioverdent等大型跨國公司十分關注中國市場的開發(fā)，紛紛在我國設立以生物制造為核心技術的分支研發(fā)機構或工廠，必將對我國新興生物制造產(chǎn)業(yè)形成新一輪的沖擊。生物基化學品已成為大型跨國公司競爭的焦點杜邦公司剝離石油資產(chǎn)16資料來自EuropaBio主席SijbesmaF報告生物基化學品是推動節(jié)能減排和發(fā)展低碳經(jīng)濟基本國策的必然選擇

廢水降低65％能耗降低65％成本降低50％傳統(tǒng)方法10步化學合成生物法1步發(fā)酵+酶法頭孢菌素

原料降低37%

能耗降低30%CO2減排63%1,3-丙二醇傳統(tǒng)方法化學法生物法工程菌發(fā)酵精細化學品大宗化學品

蒸汽降低80％電耗降低67％

CO2降低80％原料降低8％質(zhì)量顯著提升傳統(tǒng)方法硫酸或銅催化水合生物法全細胞催化大宗化學品丙烯酰胺資料來自EuropaBio主席SijbesmaF報告生物基17乳酸聚乳酸糖丙烯酸催化脫水發(fā)酵

1mol葡萄糖可以生成2mol乳酸，理論上1噸糖可得1噸乳酸，實際轉(zhuǎn)化率可以達到90－95％。乳酸——重要C3平臺化合物乳酸聚乳酸糖丙烯酸催化脫水發(fā)酵1mol葡萄糖可以生18聚乳酸可再生資源乳酸的聚合物聚乳酸是一種極有前途的生物材料乳酸生物相容性材料生物可降解塑料聚乳酸良好的機械性能和物理性能——紡織品良好的生物可降解性——包裝材料良好的生物相容性——醫(yī)藥領域聚乳酸可再生資源乳酸的聚合物聚乳酸是一種極有前途的生物材料乳19Cargill–DevelopedPLAProcess2001年CargillDow公司年產(chǎn)聚乳酸14萬噸的工廠投產(chǎn)。

2020年世界聚乳酸需求量每年達1150～2300萬噸。Cargill–DevelopedPLAProces20生物基丙烯酸丙烯酸乳酸

發(fā)酵

脫水

多步反應2010年丙烯酸需求量達到116萬噸生物基丙烯酸丙烯酸乳酸發(fā)酵脫水多步反應2010年丙烯酸211,3-丙二醇1,3-丙二醇PTT1,3-丙二醇1,3-丙二醇PTT22一種新型的聚酯材料，它與聚對苯二甲酸乙二酯（PET）和聚對苯二甲酸丁二酯（PBT）相比具有更優(yōu)良的特性。尼龍樣的彈性恢復，在全色范圍內(nèi)無需添加特殊化學品即能呈現(xiàn)良好的連續(xù)印染特性，抗紫外、臭氧和氮氧化合物的著色性，抗內(nèi)應力，低水吸附，低靜電以及良好生物降解性能等。這些特性顯示出PTT美好的工業(yè)化前景，它不僅可以作為新型合成纖維在地毯和紡織品方面有著廣闊的應用前景，而且在工程熱塑性塑料領域也有巨大的應用潛力，因此PTT將成為PET、PBT、尼龍66等聚合物的強勁競爭對手。聚二甲苯丙二酯PTT一種新型的聚酯材料，它與聚對苯二甲酸乙二酯（PET）和聚對苯23乙烯聚乙烯環(huán)氧乙烷乙二醇苯乙烯乙丙橡膠VAE乙烯是生產(chǎn)有機化工產(chǎn)品最重要的基礎原料，是生產(chǎn)高分子材料用量最大的原料單體生物乙烯到2020年乙烯的自給率不超過58%。發(fā)展生物乙烯是保障我國能源安全和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必由之路，是石油替代戰(zhàn)略的重要內(nèi)容，是石油乙烯的重要補充，是發(fā)展生物基大宗化學品和生物基材料產(chǎn)業(yè)的基礎。研究背景乙烯需求乙烯應用乙烯聚環(huán)乙二醇苯乙烯乙丙橡膠VAE乙烯是生產(chǎn)有機化工產(chǎn)品最24

原料來源廣泛，可再生反應條件溫和工藝流程簡單，操作方便裝置能耗低，裝置設備少建廠不受地域性限制裝置投資低，占地面積小，

建設周期短，投資回收快環(huán)境友好生物乙烯特點石油基乙烯生物基乙烯蒸汽裂解工藝乙醇脫水制乙烯工藝

優(yōu)勢原料來源廣泛，可再生生物乙25低成本乙醇生產(chǎn)技術新型反應器設計高性能脫水催化劑生物乙烯生產(chǎn)工藝系統(tǒng)集成生物乙烯產(chǎn)業(yè)化關鍵技術工藝耦合一體化設計高效節(jié)能分離系統(tǒng)低成本乙醇生產(chǎn)技術新型反應器設計高性能脫水催化劑生物乙烯生產(chǎn)26關鍵技術1：低成本乙醇生產(chǎn)技術研究秸稈（木質(zhì)纖維素）木薯甜高粱北京化工大學中科院微生物研究所南京工業(yè)大學玉米以非糧原料替代糧食原料生產(chǎn)乙醇，直接從源頭上降低生物乙烯的生產(chǎn)成本，保障生物乙烯原料供給。強強聯(lián)手聯(lián)合攻關天津科技大學山東大學中國農(nóng)科院南京工業(yè)大學江南大學南京工業(yè)大學安徽豐原集團中石化、中糧纖維素乙醇工藝路線甜高粱汁的發(fā)酵工藝木薯原料發(fā)酵高濃度乙醇關鍵技術1：低成本乙醇生產(chǎn)技術研究秸稈木薯甜高粱北京化工大學27聯(lián)合中石化進行3000噸/年秸稈處理量的木質(zhì)纖維素乙醇的成套工藝中試研究，聯(lián)合中糧在黑龍江肇東建成500噸/年纖維素乙醇的中試生產(chǎn)線。①纖維素乙醇生產(chǎn)工藝研究木質(zhì)纖維預處理技術酶制備技術與纖維素酶水解技術菌株與發(fā)酵技術低能耗的糖液、乙醇提濃技術木質(zhì)素綜合利用技術主要解決以下問題：聯(lián)合中石化進行3000噸/年秸稈處理量的木質(zhì)纖維素乙醇的成套28采用稀酸/蒸爆(螺桿造壓爆破)聯(lián)合預處理技術，建立了一套低成本、高效、快速的纖維素預處理工藝技術，戊糖得率85%以上。實現(xiàn)目標針對纖維素原料預處理周期長、效率低、成本高的問題80型螺桿蒸爆裝置150型螺桿蒸爆裝置150型螺桿蒸爆裝置實現(xiàn)連續(xù)蒸爆三段式螺桿蒸爆裝置采用稀酸/蒸爆(螺桿造壓爆破)聯(lián)合預處理技術，建立了一套低成29篩選獲得高活力纖維素酶菌，采用液體深層發(fā)酵制備纖維素酶技術，降低纖維素酶生產(chǎn)成本，纖維素水解得率可達85%以上。對商品纖維素酶進行了比選及復配，較單一纖維素酶，多種酶系成分協(xié)同作用，其纖維素酶的水解效率提高了30%以上，總糖濃度達33.6g/L。設計加工了適用于高底物濃度酶解的新型臥式酶解反應器，底物濃度可以達到30%以上，總糖濃度可以達到250g/L以上。針對纖維素酶酶解效率低的問題實現(xiàn)目標立式內(nèi)攪拌攪拌槳AA-二框板；B-三框板，C-翅型，D-雙螺帶BCD臥式內(nèi)攪拌A：一擋板，B：二擋板，C：三擋板，D：四擋板，攪拌槳ACBD篩選獲得高活力纖維素酶菌，采用液體深層發(fā)酵制備纖維素酶技術，30②甜高粱汁發(fā)酵生產(chǎn)乙醇工藝研究研究以乙酸水解預處理甜高粱渣半纖維素，制糖發(fā)酵生產(chǎn)的新工藝技術，降低酸的用量，生產(chǎn)工藝綠色化，水解半纖維素在80%以上，制糖得率在0.5克/克甜高粱渣。采用固定化細胞反應器，利用甜高粱桿榨汁廢渣進行固定化酵母細胞發(fā)酵。乙醇濃度高達15%，糖轉(zhuǎn)化率達到96％以上，連續(xù)發(fā)酵30天。針對傳統(tǒng)水解法水解液含鹽類過高,后處理廢物對環(huán)境不友好的問題：針對發(fā)酵生產(chǎn)過程中效率低的問題實現(xiàn)目標②甜高粱汁發(fā)酵生產(chǎn)乙醇工藝研究研究以乙酸水解預處理甜高粱渣31③木薯原料發(fā)酵產(chǎn)乙醇研究研究多酶系和酵母糖化發(fā)酵機理建立“糖化-發(fā)酵”耦合動力學模型，控制發(fā)酵過程物流平衡。發(fā)酵周期縮短12h左右，酒度提高0.6度，原料相對出酒率提高4.6%，最大限度消除酒精濃醪發(fā)酵過程中的前期高滲抑制與后期糖化速度限制從而提高濃醪發(fā)酵速度(提高了15%)。針對單一淀粉酶降解效率低發(fā)酵周期長的問題實現(xiàn)目標③木薯原料發(fā)酵產(chǎn)乙醇研究研究多酶系和酵母糖化發(fā)酵機理建立“32④高產(chǎn)乙醇菌種構建研究

降低原料對乙醇的轉(zhuǎn)化率，增加生產(chǎn)中的原料成本。嚴重影響催化劑壽命。解決措施：基因工程菌的構建

采用代謝工程及基因工程等技術手段，優(yōu)化糖代謝網(wǎng)絡，構建低產(chǎn)高級醇的酵母菌種。初步完成低產(chǎn)高級醇酵母菌株的構建工作高級醇總量下降了60%。④高產(chǎn)乙醇菌種構建研究降低原料對乙醇的轉(zhuǎn)化率，增加生產(chǎn)33關鍵技術2:高性能脫水催化劑研究

分子篩催化劑氧化鋁催化劑反應溫度高，空速低，穩(wěn)定性好，壽命長。反應溫度低、空速高；抗積碳能力差、壽命短。通過金屬負載，調(diào)整催化劑的表面性能，提高原料處理能力和乙烯選擇性，減少副反應通過篩選合適的載體、尋找載體改性及成型方法，提高催化劑抗積碳能力和水熱穩(wěn)定性，延長催化使用壽命催化劑特性研究內(nèi)容相互借鑒、取長補短現(xiàn)有工藝使用的催化劑具有開發(fā)前景的催化劑關鍵技術2:高性能脫水催化劑研究

分子篩催化劑氧化鋁催化劑反34

①高性能γ-Al2O3

合成與改性研究γ-Al2O3沉淀法溶膠-凝膠法

鐵浸漬改性0.5%Fe/γ-Al2O3

反應溫度380℃乙醇濃度92.4wt%空速1.2h-1，乙醇轉(zhuǎn)化率和乙烯選擇性分別為99.9%和98.6%非離子模板劑P123以異丙醇鋁為鋁源，乙醇為溶劑反應溫度380℃，無水乙醇，空速2.5h-1時，乙醇轉(zhuǎn)化率和乙烯選擇性分別能達到98.2%和99.8%

介孔γ-Al2O3

鐵浸漬改性現(xiàn)有γ-Al2O3的反應溫度380℃，轉(zhuǎn)化率98%，選擇性96%，空速0.6-0.8h-1。轉(zhuǎn)化率、乙烯選擇性和反應空速都得以提高。1%Fe/介孔γ-Al2O3①高性能γ-Al2O3合成與改性研究γ-Al2O3沉35成型研究潤滑劑、粘合劑等助劑的添加合適的粒徑、粒度分布、比表面積催化活性與選擇性等催化性能考察合適的表面酸性、孔體積及空隙率

強度:12N/mm

抗粉化能力:1年

乙醇轉(zhuǎn)化率:98%~99%

乙烯選擇性:98%~99%

催化劑壽命：31天成型后的性能參數(shù)②高性能HZSM-5分子篩催化劑研究成型研究潤滑劑、粘合劑合適的粒徑、粒度催化活性與選擇性合適的36③載體復合改性和工藝條件優(yōu)化HZSM-5助劑La和K含量反應物乙醇濃度催化劑焙燒溫度反應空速反應溫度優(yōu)化工藝金屬元素3%La-K/HZSM-5非金屬元素壽命試驗放大試驗La3+、Ce3+、Sm3+、Eu3+

Mg2+、Ca2+、Sr2+

、Ba2+

鋅、鐵、錳、鈷、鎘、鋯

P③載體復合改性和工藝條件優(yōu)化HZSM-5助劑La和K含量反373%La-K/HZSM-5相比于NKC-03A催化劑，反應溫度更低，使用壽命更長，是至今報道乙醇脫水反應使用壽命最長的分子篩類催化劑。催化劑溫度(℃)質(zhì)量空速(h-1)乙醇轉(zhuǎn)化率(mol%)選擇性(%)穩(wěn)定時間(h)NKC-03A（南開大學）250～3401～498～9998～999603%La-K/HZSM-5250～3001.2>98>98>2600（可再生）④催化劑性能評價3%La-K/HZSM-5相比于NKC-03A催化劑，反應溫38HZSM-5載體0.5%La-2%PHZSM-5金屬、非金屬元素復合修飾

反應溫度:260-300℃乙醇轉(zhuǎn)化率:接近100%乙烯選擇性:﹥98%具有更強的抗積炭能力具有顯著增強的抗雜醇能力

雜醇主要成分：⑤抗雜醇油研究HZSM-5載體0.5%La-2%PHZSM-5金屬、非金屬39等溫列管式反應器：目前固定床反應器的內(nèi)部結(jié)構設計不合理,傳熱傳質(zhì)較差,溫差達到（±40℃），產(chǎn)物選擇性低，分離能耗高；工程放大困難，適合精細化工領域的產(chǎn)品加工，不適合與大規(guī)模生產(chǎn)的聚乙烯、乙二醇等乙烯下游衍生產(chǎn)品裝置相銜接；分子篩催化劑對反應溫度相對敏感，適合等溫床反應工藝。絕熱床反應器：適合建立大規(guī)模的工業(yè)化裝置（單套生產(chǎn)能力2萬噸/年以上），但是目前技術由美國SD公司和巴西Petrobras所壟斷。等溫列管式固定床反應器平行串聯(lián)絕熱反應器沒有自主知識產(chǎn)權，能耗和三廢排放大關鍵技術3:新型反應器設計等溫列管式反應器：目前固定床反應器的內(nèi)部結(jié)構設計不合理,傳熱40

反應器在采用強制對流循環(huán)熔鹽控溫系統(tǒng)后,溫差控制在±5℃;乙烯收率得到了明顯提高,由原來的89%提升至95%~97%。①現(xiàn)有等溫固定床反應器加熱系統(tǒng)改造控溫系統(tǒng)催化劑反應溫度溫差乙烯收率(%)新型控溫系統(tǒng)γ-Al2O3360℃±5℃95%~97%傳統(tǒng)控溫系統(tǒng)γ-Al2O3400℃±40℃89%反應器在采用強制對流循環(huán)熔鹽控溫系統(tǒng)后,溫差41列管三根，內(nèi)徑：32mm，高度2.0m，催化劑裝填高度1.5m，催化劑裝填量2.0kg，反應溫度250-400℃，可分別采用γ-Al2O3和分子篩為催化劑②年產(chǎn)百噸級等溫固定床反應器中試示范裝置在等溫固定床數(shù)值模擬的基礎上我們建立了百噸級的中試裝置列管三根，內(nèi)徑：32mm，高度2.0m，催化劑②年產(chǎn)百噸級42已完成3000噸/年生產(chǎn)裝置的中試實驗，并通過了相關專家的技術驗證！成功申報了發(fā)改委國家高技術產(chǎn)業(yè)化專項：萬噸級生物基乙烯產(chǎn)業(yè)化專項（示范）工程項目大學上海石油化工研究設計院項目實施技術持支技術持支中試裝置③絕熱床反應器工藝研究產(chǎn)、學、研一體化已完成3000噸/年生產(chǎn)裝置的中試實驗，并通過了相關專家的技43乙烯:33.6%丁二烯:4.5%甲烷:17.2%丁烷、丁烯:4.2%丙烯:15.5%苯:6.7%傳統(tǒng)石油乙烯：傳統(tǒng)生物乙烯：催化裂解成品乙烯催化脫水生物乙醇石腦油高效節(jié)能分離系統(tǒng)氣體副產(chǎn)物的安全引入,并儲存做燃料多組分產(chǎn)物乙烯：93-95%乙烷：2-3%C3、C4：1-2%……組分相對簡單低溫精餾新型生物乙烯：生物乙醇催化脫水乙烯：98-99%乙醚:1%……99.9-99.99%關鍵技術4:高效節(jié)能分離系統(tǒng)開發(fā)乙烯:33.6%傳統(tǒng)石油乙烯：傳統(tǒng)生物乙烯：催化裂解成品乙烯44堿洗塔堵塞嚴重，影響正常生產(chǎn)堿液利用率低，廢堿排放量大。能量利用網(wǎng)絡不合理。循環(huán)用水量和廢水排放量大。1234川維廠年產(chǎn)6000噸生物乙烯等溫床工藝分離系統(tǒng)存在的技術問題①現(xiàn)有生物乙烯分離工藝節(jié)能減排研究堿洗塔堵塞嚴重，影響正常生產(chǎn)堿液利用率低，廢堿排放量大。能量45從機理上分析堿洗塔堵塔物質(zhì)的形成

在水洗塔分離工段中,由于180℃乙烯混合氣的能量未能有效利用,導致水洗塔洗滌水溫度過高,達到70℃左右,無法有效吸收乙醛等副產(chǎn)物,最終引起堿洗塔堵塔.從工藝角度分析堵塔的原因

乙醇分子在催化劑堿性位點上發(fā)生脫氫反應,生成乙醛.而該物質(zhì)在堿性條件下發(fā)生縮合反應,形成具有一定分子量的縮合物.最終引起堿洗塔堵塔,并影響工藝的正常生產(chǎn)。堵塔物質(zhì)(紅色物質(zhì))－

乙醛縮合物堿洗塔堵塔機理分析從機理上分析堿洗塔堵塔物質(zhì)的形成在水洗塔分離工46通過能量利用網(wǎng)絡的優(yōu)化和高效換熱器的應用，將180℃乙烯混合氣冷卻至70~80℃,實現(xiàn)低位熱能的高效利用,并通過水洗塔、堿洗塔工藝操作參數(shù)的優(yōu)化，達到生物乙烯后分離工藝的節(jié)能減排：原料預熱用蒸汽單耗降低40.4%以上，循環(huán)水單耗降低42%以上，洗滌用堿單耗降低20%以上，廢水、廢堿排放量減少20%以上，徹底解決由于乙醛副產(chǎn)物聚合引發(fā)的堿洗塔堵塞問題。中石化科技開發(fā)項目—VAE裝置乙烯工段節(jié)能減排及抗堵技術開發(fā)熱管-高效翅片管組合式換熱器

能量利用網(wǎng)絡優(yōu)化

通過能量利用網(wǎng)絡的優(yōu)化和高效換熱器的應用，將180℃乙烯混合47發(fā)酵工程

化工分離

分離產(chǎn)品乙醇純度高，濃度最高可達400g/L；產(chǎn)物抑制消除，發(fā)酵過程中的乙醇濃度控制在35g/L左右，酵母菌發(fā)酵時間長達15天；

分離效率高，發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的乙醇91%提取出來

②在線分離乙醇工藝研究強化單元操作新型CO2循環(huán)氣提在線分離乙醇工藝

優(yōu)勢:發(fā)酵工程化工分離分離產(chǎn)品乙醇純度高，濃度最高可達400g48脫水催化發(fā)酵

乙醇發(fā)酵液生物加工過程分離系統(tǒng)粗乙烯化工加工過程關鍵技術5：工藝耦合一體化設計

新型耦合工藝成品乙烯高效蒸餾合適濃度乙醇蒸餾燃料乙醇精餾脫水催化發(fā)酵乙醇發(fā)酵液生物加工過程分離系統(tǒng)粗乙烯化工加工過49

耦合一體化工藝乙醇提純蒸餾塔出來的高溫乙醇蒸汽，未經(jīng)冷凝直接進入脫水反應工段，理論計算表明耦合工藝相對傳統(tǒng)獨立工藝可節(jié)能20.14%。

一種乙醇脫水生產(chǎn)乙烯的工藝——發(fā)明專利授權號：ZL2.9.耦合一體化工藝乙醇提純蒸餾塔出來的高溫乙醇蒸汽，未經(jīng)冷50年產(chǎn)2萬噸等溫固定床生物乙烯工藝軟件包開發(fā)乙醇冷凝水乙醇蒸發(fā)器氣-氣換熱器乙醇脫水反應器230℃乙醇反應產(chǎn)物水洗塔粗乙烯氣柜精餾熔鹽加熱采用自主開發(fā)的改性HZSM-5分子篩催化劑，在250-300℃低溫下反應，轉(zhuǎn)化率和選擇性都在98％以上，單程壽命>3個月，可重復再生。采用熔鹽循環(huán)系統(tǒng)，突破等溫固定床工程放大技術難題（2萬噸/套）。環(huán)境友好，不產(chǎn)生CO2，不需要堿洗塔。高選擇性，對于環(huán)氧乙烷、VAE等下游衍生產(chǎn)品，可以不需要精餾，直接與下游工段耦合，大幅度降低能耗。年產(chǎn)2萬噸等溫固定床生物乙烯工藝軟件包開發(fā)乙醇冷凝水乙醇蒸發(fā)51安徽豐原集團聯(lián)合中石化聯(lián)合中石化通過了安徽省發(fā)改委組織的新技術鑒定技術水平：5.5噸玉米秸桿生產(chǎn)1噸燃料乙醇生產(chǎn)成本與玉米為原料基本相當半纖維素稀酸水解平均收率大于90%木糖發(fā)酵木糖醇平均收率大于70%木糖醇提取收率平均80%六碳糖發(fā)酵醪液中乙醇濃度達6.7%(V/V)五碳糖發(fā)酵醪液中乙醇濃度達3.8%(V/V)纖維素酶固態(tài)發(fā)酵周期3天發(fā)酵終點濾紙酶活力大于150FPIU/克干曲纖維素酶解收率大于80%針對現(xiàn)有生物乙烯裝置存在的技術難題研究VAE裝置乙烯工段節(jié)能減排和抗堵問題預期技術水平：年處理3000噸玉米秸稈生產(chǎn)550～600噸纖維乙醇（單位乙醇消耗原料控制在5.2噸（干基））乙醇濃度95％全糖（戊糖和己糖）利用率在80%以上乙醇得率是理論得率的85%以上單位乙醇成本在5500元/噸以下乙醇質(zhì)量標準符合現(xiàn)有國家標準中國石化本項目建設1萬噸/年生物乙烯裝置與10萬噸VAE相配套VAE產(chǎn)值達到9.6億利潤總額7654萬元承德避暑山莊300噸/年秸稈乙醇中試裝置

3000噸/年秸稈乙醇產(chǎn)業(yè)化成套技術中試研究

萬噸級生物基乙烯產(chǎn)業(yè)化專項（示范）工程項目

6000噸/年生物乙烯工藝節(jié)能減排900m3濃醪發(fā)酵技術每生產(chǎn)一噸酒精節(jié)水4.35噸，節(jié)省蒸汽1.36噸，噸酒精生產(chǎn)成本下降136.65元；推廣應用三年來累計經(jīng)濟效益達1366.5萬元產(chǎn)業(yè)化進展安徽豐原集團聯(lián)合中石化聯(lián)合中石化通過了安徽省發(fā)改委組織的52環(huán)氧乙烷可再生生物質(zhì)資源乙二醇醋酸乙烯－乙烯共聚物生物乙烯生物基材料生物基化學品乙醇聚乙烯…………促進作用生物質(zhì)能源生物乙烯下游衍生產(chǎn)品鏈分析環(huán)氧乙烷可再生乙二醇醋酸乙烯－乙烯生物乙烯生物基材料生物基化53微藻（Ｍicroalgae）是一類在陸地、海洋分布廣泛，營養(yǎng)豐富且光合利用度高的微型自養(yǎng)植物。地球上微藻種類繁多，但目前被人類發(fā)現(xiàn)并利用的種類不多，特別是海洋微藻，目前開發(fā)的更是微乎其微。綠藻紅藻硅藻物種已發(fā)現(xiàn)數(shù)量已發(fā)現(xiàn)占估計數(shù)比例（%）淡水微藻２.２×104>90海洋微藻０.7×10４＜10什么是微藻？微藻（Ｍicroalgae）是一類在陸地、海洋分布廣泛，營養(yǎng)54微藻在地球演化中扮演著重要角色

微藻（海洋單細胞藻類）是地球上最早的生物物種，已經(jīng)在地球上生存了35億年之久，能在水中進行光合作用釋放出氧氣，在自然界物質(zhì)和能量循環(huán)中發(fā)揮了極其重要的作用，因此微藻的出現(xiàn)為地球上其他生物的出現(xiàn)奠定了物質(zhì)和氣候基礎。

生物質(zhì)

+

O2CO2+H2O+光微藻在地球演化中扮演著重要角色微藻（海洋單細胞藻類55為什么是微藻？

光合作用效率是指綠色植物通過光合作用制造的有機物中所含有的能量與光合作用所吸收的光能的比值。光合作用效率高植物：1%藻：3.5%為什么是微藻？光合作用效率是指綠色植物通過光合作用制造的561、反應物濃度更高2、產(chǎn)物濃度更低1L空氣中含有約5.9×10-4gCO21L水中含有約1.7gCO21L空氣中含有約0.3gO2近3000倍1L水中含有約0.008gO21/40微藻通過光合作用固定CO2的效率比陸生植物更高1、反應物濃度更高1L空氣中含有約5.9×10-4gCO573、光照幾率更多微藻通過光合作用固定CO2的效率比陸生植物更高折射衍射水散射

由于水對光具有折射、衍射、散射等效應，使得微藻所有表面都有可能受光照，然而陸生植物只有向光面才有可能受光照。3、光照幾率更多微藻通過光合作用固定CO2的效率比陸生植物更58等量1g干物質(zhì)樹葉比表面積:10-3m2微藻比表面積:1.3×103m2

相同質(zhì)量的微藻比表面積是樹葉的1.3×106倍，比表面積越大，受光面積越大，越有利于光合作用。4、比表面積更大微藻通過光合作用固定CO2的效率比陸生植物更高等量1g干物質(zhì)樹葉微藻相同質(zhì)量的微藻比表59微藻光合色素含量占其干重的2.5%分布于整個細胞，整個細胞就是一個光合反應器，有利于光合產(chǎn)物的合成與轉(zhuǎn)運。植物光合色素含量占其干重約0.05%,分布于樹葉、樹干等組織中細胞的特定部位，不有利于光合產(chǎn)物的合成與轉(zhuǎn)運。50倍微藻光合天線植物光合天線幾十倍植物的捕光天線是類囊體膜內(nèi)的葉綠素,而藻類的捕光天線色素主要集中于緊連在類囊體膜外的藻膽蛋白內(nèi)。天線系統(tǒng)的功能是將所吸收的光能高效地傳遞到與之相聯(lián)系的光反應中心。5、更高含量的光合作用單位微藻通過光合作用固定CO2的效率比陸生植物更高微藻光合色素含量占其干重的2.5%分布于整個細胞，整個細胞就60

微藻固定二氧化碳及產(chǎn)油途徑微藻固定二氧化碳及產(chǎn)油途徑61微藻具有獨特的CO2濃縮機制

CCM（CO2-Concentrationmechanism）：即為CO2

濃縮機制。當藻類細胞由高濃度CO2

培養(yǎng)轉(zhuǎn)入低濃度CO2，細胞可不斷地從外部環(huán)境中把無機碳或CO2運輸?shù)襟w內(nèi)，使體內(nèi)的CO2

濃度高于外界環(huán)境，以有利于光合作用碳循環(huán)第一個關鍵酶Rubisco羧化反應，從而能提高光合速率。微藻具有獨特的CO2濃縮機制CCM（CO2-Co62海洋是地球固定CO2的主要場所海洋面積：3.61億平方千米占地球表面：71%陸地面積：1.49億平方千米占地球表面：29%CO2O2固定全球60%以上的CO2固定全球40%的