第七章 生物基大宗化學(xué)品

第七章生物基大宗化學(xué)品1.背景2.產(chǎn)品3.實例第七章生物基大宗化學(xué)品化石原料變更趨勢

以生物質(zhì)為原料的化學(xué)工業(yè)是可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢第七章生物基大宗化學(xué)品WhyBiobased第七章生物基大宗化學(xué)品3019902000202020302010205020752100年0510152025我國在世界CO2排放中的比例(%)WhyBiobased

化石經(jīng)濟付出了巨大的環(huán)境代價（白色污染和溫室效應(yīng)等）。生物質(zhì)具有資源量大，資源與能量可貯存等優(yōu)點，是實現(xiàn)工業(yè)原料多元化、轉(zhuǎn)變對化石資源依賴的重要原料。

第七章生物基大宗化學(xué)品發(fā)展工業(yè)生物技術(shù)的公司AveciaBaxendenBillitonBiochemie(Novartis)CargillDowCereolCibaDomtarDSMICPETBASFNovozymeIogenLeykamM-I,BPAmocoMitsubishiRayonOjiPaperPaques(BudelZinc,PasfrostRocheTanabeSeiyakuWindelDegussaDupont第七章生物基大宗化學(xué)品生物基化學(xué)品生物基材料工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品生物能源第七章生物基大宗化學(xué)品

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(yù)測：至2030年，將有35%化學(xué)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(xué)品和20%的石油燃料。歐盟：化學(xué)品替代10-20%，其中化工原料替代6-12%，精細化學(xué)品替代30-60%。工業(yè)39%農(nóng)業(yè)36%醫(yī)藥25%2030年：生物技術(shù)的經(jīng)濟貢獻與環(huán)境效益生物基化學(xué)品正成為全球戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)

第七章生物基大宗化學(xué)品生物基化學(xué)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(shù)公司和組織農(nóng)業(yè)綜合企業(yè)，未來3年將向應(yīng)用生物技術(shù)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(shù)領(lǐng)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(guān)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(shù)的研究與開發(fā)AmanoEnzyme,Codexis，BioCatalytics,Novozymes，Bioverdent等大型跨國公司十分關(guān)注中國市場的開發(fā)，紛紛在我國設(shè)立以生物制造為核心技術(shù)的分支研發(fā)機構(gòu)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。第七章生物基大宗化學(xué)品傳統(tǒng)方法8步化學(xué)合成影響環(huán)境和經(jīng)濟分析環(huán)境因子低高成本傳統(tǒng)方法生物法高低

廢水減少66％；廢氣減少50％；成本降低50％。生物法1步發(fā)酵維生素B2的生產(chǎn)（BASF公司）第七章生物基大宗化學(xué)品傳統(tǒng)方法10步生物化學(xué)過程生物法發(fā)酵和酶法結(jié)合

原材料成本降低65％；能耗降低65％；成本降低50％。先鋒霉素的生產(chǎn)（DSM公司）第七章生物基大宗化學(xué)品資料來自EuropaBio主席SijbesmaF報告生物基化學(xué)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(xué)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(xué)法生物法工程菌發(fā)酵精細化學(xué)品大宗化學(xué)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(xué)品丙烯酰胺第七章生物基大宗化學(xué)品化工產(chǎn)品規(guī)模與需求量急劇擴大化工園區(qū)污染嚴重，面臨搬遷技改原料供給不足生物基化學(xué)品—傳統(tǒng)化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的保障生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來歷史機遇產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型傳統(tǒng)化工行業(yè)綠色生物產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢：清潔、低能耗、可再生、低碳第七章生物基大宗化學(xué)品第七章生物基大宗化學(xué)品1.背景2.產(chǎn)品3.實例第七章生物基大宗化學(xué)品重要生物基化學(xué)品的市場份額目前生物基化學(xué)品已占各類產(chǎn)品總銷售額的6%。類別產(chǎn)品銷售額(billion$)醇乙醇15.0有機酸檸檬酸2.0氨基酸谷氨酸1.5賴氨酸1.0維生素VC1.0VB20.3醫(yī)藥化學(xué)品藥物中間體7.5專有化學(xué)品酶2.0香料1.5第七章生物基大宗化學(xué)品產(chǎn)品產(chǎn)量(kt/a)產(chǎn)品產(chǎn)量(kt/a)谷氨酸1000乳酸50.0丙氨酸10.0衣康酸6.0賴氨酸50.0酒石酸3.0苯丙氨酸2.0香料1.5檸檬酸360.0蘋果酸20.0Vc50.0乙醇2400丙烯酰胺100.0長鏈二元酸1.0谷氨酸和檸檬酸產(chǎn)量世界第一，維生素C占世界總產(chǎn)量的40％。中國的生物基化學(xué)品產(chǎn)業(yè)第七章生物基大宗化學(xué)品中國與世界生物發(fā)酵產(chǎn)品技術(shù)指標比較國內(nèi)水平國際水平產(chǎn)品Conc.(%)Yield(%)Conc.(%)Yield(%)Glutamicacid12-1345-5515-1860-65Lysine8-1040-4515-1660Lacticacid2225Itaconicacid7-812-14Citricacid2025Amylase500-750u/ml1000-1100u/mlProtease20000-25000u/ml25000-30000u/mlSaccharifyingenzyme35000u/ml50000u/mlPenicillinG60000u/ml60000-89000u/mlVitaminB21000-1200mg/L2000-2500mg/L技術(shù)水平低生產(chǎn)成本高第七章生物基大宗化學(xué)品中國發(fā)酵工業(yè)主要產(chǎn)品產(chǎn)量情況第七章生物基大宗化學(xué)品2009年中國發(fā)酵行業(yè)各類產(chǎn)品產(chǎn)量序號分類產(chǎn)量（萬噸）同比增長量（%）1氨基酸行業(yè)30412.62有機酸行業(yè)1286.43淀粉糖行業(yè)74010.74多元醇行業(yè)936.85酶制劑行業(yè)7013.26酵母行業(yè)2112.07特種功能發(fā)酵制品1846.28總計154010.3

2009年中國發(fā)酵行業(yè)產(chǎn)值超過1600億元，同比增長14.3%第七章生物基大宗化學(xué)品2005-2009年中國白酒的產(chǎn)量及銷售額第七章生物基大宗化學(xué)品中國啤酒的產(chǎn)量及銷售額世界啤酒產(chǎn)量：18110萬噸第七章生物基大宗化學(xué)品中國醬油和醋產(chǎn)量居世界第一中國醬油產(chǎn)量中國醋產(chǎn)量第七章生物基大宗化學(xué)品玉米酒精發(fā)酵丁二酸發(fā)酵乳酸發(fā)酵CO2糖乙醇乙烯（重大石化產(chǎn)品原料替代）聚乳酸丁二酸醋酸乳酸聚乙烯玉米油醋酸乙烯丁二酸二乙醇酯

－丁內(nèi)酯四氫呋喃1,4-丁二醇PBS塑料丙烯酸高純度乙烯玉米煉制聯(lián)產(chǎn)化學(xué)品、生物材料系統(tǒng)第七章生物基大宗化學(xué)品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平臺化合物第七章生物基大宗化學(xué)品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(lǐng)域第七章生物基大宗化學(xué)品Cargill–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。第七章生物基大宗化學(xué)品生物基丙烯酸丙烯酸乳酸

發(fā)酵

脫水

多步反應(yīng)2010年丙烯酸需求量達到116萬噸第七章生物基大宗化學(xué)品1,3-丙二醇1,3-丙二醇PTT第七章生物基大宗化學(xué)品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(fù)，在全色范圍內(nèi)無需添加特殊化學(xué)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(yīng)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(yīng)用前景，而且在工程熱塑性塑料領(lǐng)域也有巨大的應(yīng)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第七章生物基大宗化學(xué)品PTT纖維（DuPont’sSorona3GTpolymer4.5萬噸）能耗降低25%

2020年達100萬噸/年第七章生物基大宗化學(xué)品TopValueAddedChemicalsfromBiomass第七章生物基大宗化學(xué)品生物基平臺化合物第七章生物基大宗化學(xué)品InitialScreeningtotheTop30

from300+PotentialBiobasedCompounds第七章生物基大宗化學(xué)品SelectedSugar-derivedChemicals第七章生物基大宗化學(xué)品“TOP12”Value-addedBuildingBlocks

C33-HydroxyPropionicacid;GlycerolC43-Hydroxybutyrolactone;Asparticacid;Levulinicacid;1,4-Diacids(succinic,fumaricandmalicacids)Glutamicacid;XylitolItaconicacid;2,5-FuranDicarbolicacid;Glucaricacid;SorbitolC5C6Biorefinery第七章生物基大宗化學(xué)品（1）3-HydroxypropionicAcid第七章生物基大宗化學(xué)品3-HydroxypropionicAcid第七章生物基大宗化學(xué)品3-HydroxypropionicAcid第七章生物基大宗化學(xué)品（2）SuccinicAcidChemicalstoDerivatives第七章生物基大宗化學(xué)品玉米、大麥、木材可再生資源淀粉/葡萄糖丁二酸固定CO2C6H12O6+CO2C4H6O4

利用溫室氣體，而且原子經(jīng)濟性高，相對葡萄糖理論質(zhì)量收率為131%。丁二酸：重要的C4平臺化合物第七章生物基大宗化學(xué)品丁二酸的前景生物合成丁二酸的方法可減少250多種苯基化學(xué)制品的生產(chǎn)和消費過程中所產(chǎn)生的污染，拓展丁二酸的應(yīng)用領(lǐng)域與商品市場，總量將達400萬噸。C4大宗化學(xué)品丁二醇、四氫呋喃、

-丁內(nèi)酯等的市場需求超過200億元/年。第七章生物基大宗化學(xué)品（3）2,5-FurandicarboxylicAcid第七章生物基大宗化學(xué)品果糖轉(zhuǎn)化為FDCA第七章生物基大宗化學(xué)品（4）AsparticAcid（天門冬氨酸）第七章生物基大宗化學(xué)品（5）GlucaricAcid（葡糖二酸）第七章生物基大宗化學(xué)品（6）GlutamicAcid（谷氨酸）第七章生物基大宗化學(xué)品（7）ItaconicAcid第七章生物基大宗化學(xué)品ItaconicAcid（衣康酸）第七章生物基大宗化學(xué)品（8）LevulinicAcid第七章生物基大宗化學(xué)品果糖轉(zhuǎn)化為LEVA第七章生物基大宗化學(xué)品（9）3-Hydroxybutyrolactone

（3-羥基-γ-丁內(nèi)酯）第七章生物基大宗化學(xué)品（10）Glycerol第七章生物基大宗化學(xué)品（11）Sorbitol第七章生物基大宗化學(xué)品Sorbitol第七章生物基大宗化學(xué)品（12）Xylitol/arabinitol第七章生物基大宗化學(xué)品Xylitol/arabinitol第七章生物基大宗化學(xué)品第七章生物基大宗化學(xué)品1.背景2.產(chǎn)品3.實例（1）生物乙烯（2）生物基富馬酸第七章生物基大宗化學(xué)品乙烯聚乙烯環(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(chǔ)原料，是生產(chǎn)高分子材料用量最大的原料單體（1）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(xué)品和生物基材料產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。研究背景乙烯需求乙烯應(yīng)用第七章生物基大宗化學(xué)品

原料來源廣泛，可再生反應(yīng)條件溫和工藝流程簡單，操作方便裝置能耗低，裝置設(shè)備少建廠不受地域性限制裝置投資低，占地面積小，建設(shè)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)勢第七章生物基大宗化學(xué)品低成本乙醇生產(chǎn)技術(shù)新型反應(yīng)器設(shè)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(guān)鍵技術(shù)工藝耦合一體化設(shè)計高效節(jié)能分離系統(tǒng)第七章生物基大宗化學(xué)品關(guān)鍵技術(shù)1：低成本乙醇生產(chǎn)技術(shù)研究秸稈（木質(zhì)纖維素）木薯甜高粱北京化工大學(xué)中科院微生物研究所南京工業(yè)大學(xué)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(guān)天津科技大學(xué)山東大學(xué)中國農(nóng)科院南京工業(yè)大學(xué)江南大學(xué)南京工業(yè)大學(xué)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)酵高濃度乙醇第七章生物基大宗化學(xué)品聯(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(yù)處理技術(shù)酶制備技術(shù)與纖維素酶水解技術(shù)菌株與發(fā)酵技術(shù)低能耗的糖液、乙醇提濃技術(shù)木質(zhì)素綜合利用技術(shù)主要解決以下問題：第七章生物基大宗化學(xué)品采用稀酸/蒸爆(螺桿造壓爆破)聯(lián)合預(yù)處理技術(shù)，建立了一套低成本、高效、快速的纖維素預(yù)處理工藝技術(shù)，戊糖得率85%以上。實現(xiàn)目標針對纖維素原料預(yù)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第七章生物基大宗化學(xué)品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(shù)，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(fù)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(shè)計加工了適用于高底物濃度酶解的新型臥式酶解反應(yīng)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第七章生物基大宗化學(xué)品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(yù)處理甜高粱渣半纖維素，制糖發(fā)酵生產(chǎn)的新工藝技術(shù)，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(yīng)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)目標第七章生物基大宗化學(xué)品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“糖化-發(fā)酵”耦合動力學(xué)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)目標第七章生物基大宗化學(xué)品④高產(chǎn)乙醇菌種構(gòu)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(gòu)建

采用代謝工程及基因工程等技術(shù)手段，優(yōu)化糖代謝網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)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(gòu)建工作高級醇總量下降了60%。第七章生物基大宗化學(xué)品關(guān)鍵技術(shù)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(yīng)溫度高，空速低，穩(wěn)定性好，壽命長。反應(yīng)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(yīng)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)前景的催化劑第七章生物基大宗化學(xué)品

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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)空速都得以提高。1%Fe/介孔γ-Al2O3第七章生物基大宗化學(xué)品成型研究潤滑劑、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分子篩催化劑研究第七章生物基大宗化學(xué)品③載體復(fù)合改性和工藝條件優(yōu)化HZSM-5助劑La和K含量反應(yīng)物乙醇濃度催化劑焙燒溫度反應(yīng)空速反應(yīng)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

P第七章生物基大宗化學(xué)品3%La-K/HZSM-5相比于NKC-03A催化劑，反應(yīng)溫度更低，使用壽命更長，是至今報道乙醇脫水反應(yīng)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(xué)）250～3401～498～9998～999603%La-K/HZSM-5250～3001.2>98>98>2600（可再生）④催化劑性能評價第七章生物基大宗化學(xué)品HZSM-5載體0.5%La-2%PHZSM-5金屬、非金屬元素復(fù)合修飾

反應(yīng)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抗雜醇油研究第七章生物基大宗化學(xué)品等溫列管式反應(yīng)器：目前固定床反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)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(lǐng)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(yīng)溫度相對敏感，適合等溫床反應(yīng)工藝。絕熱床反應(yīng)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(shù)由美國SD公司和巴西Petrobras所壟斷。等溫列管式固定床反應(yīng)器平行串聯(lián)絕熱反應(yīng)器沒有自主知識產(chǎn)權(quán)，能耗和三廢排放大關(guān)鍵技術(shù)3:新型反應(yīng)器設(shè)計第七章生物基大宗化學(xué)品

反應(yīng)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(yīng)器加熱系統(tǒng)改造控溫系統(tǒng)催化劑反應(yīng)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%第七章生物基大宗化學(xué)品列管三根，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(yīng)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(yīng)器中試示范裝置在等溫固定床數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上我們建立了百噸級的中試裝置第七章生物基大宗化學(xué)品已完成3000噸/年生產(chǎn)裝置的中試實驗，并通過了相關(guān)專家的技術(shù)驗證！成功申報了發(fā)改委國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項：萬噸級生物基乙烯產(chǎn)業(yè)化專項（示范）工程項目南京工業(yè)大學(xué)上海石油化工研究設(shè)計院項目實施技術(shù)持支技術(shù)持支中試裝置③絕熱床反應(yīng)器工藝研究產(chǎn)、學(xué)、研一體化第七章生物基大宗化學(xué)品乙烯: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(guān)鍵技術(shù)4:高效節(jié)能分離系統(tǒng)開發(fā)第七章生物基大宗化學(xué)品堿洗塔堵塞嚴重，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(luò)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(shù)問題①現(xiàn)有生物乙烯分離工藝節(jié)能減排研究第七章生物基大宗化學(xué)品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(dǎo)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(yīng),生成乙醛.而該物質(zhì)在堿性條件下發(fā)生縮合反應(yīng),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第七章生物基大宗化學(xué)品通過能量利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和高效換熱器的應(yīng)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(yù)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(shù)開發(fā)熱管-高效翅片管組合式換熱器

能量利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

第七章生物基大宗化學(xué)品發(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:第七章生物基大宗化學(xué)品脫水催化發(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(guān)鍵技術(shù)5：工藝耦合一體化設(shè)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第七章生物基大宗化學(xué)品

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(yīng)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(quán)號：ZL2.9.第七章生物基大宗化學(xué)品年產(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)