非粮生物成为生物燃料技术研发新热点

□ 任文坡 李雪静 罗 琛

全球生物燃料正处于有序发展阶段，原料和产品呈现多元化趋势，非粮生物燃料和开发成本低廉的新技术是未来生物燃料可持续发展的方向。

生物燃料是一种可再生的清洁能源，从理论上说具有零二氧化碳排放的特性，且原料来源广泛，加工手段多样，产品用途各异，受到世界各国政府和科学家的广泛关注。目前，全球生物燃料正处于有序发展阶段，原料和产品呈现多元化趋势，非粮生物燃料和开发成本低廉的新技术是未来生物燃料可持续发展的方向。

生物基化学品开发大有可为

目前，生物基化学品行业正吸引着一些化工龙头企业与生物技术公司展开合作，其中最成功的生物基化学品包括1,3-丙二醇和乳酸，已基本实现全部生物基原料化。可口可乐、达能和宝洁等公司对生物基聚乙烯产品的需求在不断增长。此外，全球约12%的环氧氯丙烷和约8%的丙二醇来源于生物基化学品。据Rennovia公司预测，到2020年全球生物基化学品市场将从目前的36亿美元增至120亿美元以上。

生物丁醇与石油原料的化学丁醇生产工艺不同，但具有相同的化学特性，是一种极具潜力的新型生物燃料。与乙醇相比，丁醇具有更高的能量密度和挥发性。由发酵法制取的丁醇浓度较低，分离提纯是制约其技术工业应用的瓶颈。

俄罗斯托波切夫石油化学合成研究所开发了热渗透蒸发丁醇分离技术，中试试验规模可将丁醇浓度从1wt%提升至20wt%，乙醇浓度从0.15wt%提升至0.74wt%。该研究所还研究了以乙醇、2-甲基-1-丙醇、3-甲基-1-丁醇、含氧化合物、甘油、菜籽油或纤维素等为原料通过加氢脱水制取烷烃、烯烃、芳烃和环烷烃等产品的新型反应途径。如在工业Pt/Al2O3催化剂上，2-甲基-1-丙醇加氢反应可以生成2, 5-二甲基己烷，乙醇和甘油加氢反应可以生碳五～碳十二的烷烃和烯烃。在Pd-Zn/ZSM-5催化剂上，以菜籽油为溶剂，乙醇可转化生成芳烃。在纳米钼和铁催化剂上，纤维素可转化为液态烃，收率能够达到90%。

第二代生物燃料技术研发正推进

木质纤维素是非食用生物质，利用木质纤维素生产生物燃料是第二代生物燃料技术，是当前国际研究的方向和重点，目的是取代以食用生物质为原料的第一代生物燃料技术。木质纤维素利用途径之一是先快速热解制油，然后将其炼制成与传统石化燃料性质相似的产品。

目前，快速热解油加工利用生产生物油品的技术开发还处于研究阶段，但发展潜力向好。印度科学与工业研究理事会将麻风树饼粕为原料制得的快速热解油同减压瓦斯油一起，在催化裂化装置中进行混炼，考察了不同混合比例（5:95、10:90、15:85和20:80）条件下的反应效果。研究发现，随着混合比例从5wt%上升至20wt%，催化裂化的转化率从75wt%下降至64wt%；干气、液化石油气和焦炭收率均有所下降；石脑油收率从29wt%增加到35wt%；轻循环油收率从14.8wt%增加到20.4wt%；重循环油的收率从8wt%增加到14wt%。由于快速热解油是含氧化合物，其混炼比例的增加，会导致重循环油收率随之增加，因此会限制快速热解油的混炼比例。综合考虑产品的收率分布情况，快速热解油的适合混炼比例在5wt%～10wt%之间。

生物制氢成为研究热点

□ 胜利油田正在建设国内最大规模的捕集纯化燃煤烟气二氧化碳工程。图为运行人员在认真记录参数变化，确保系统高效运行。 李建强 摄

生物质是能量和氢的双重载体，是低硫和二氧化碳零排放的清洁能源。基于可再生能源的氢能路线是真正意义上环境友好的清洁能源技术。目前，生物质制氢技术有化学法和生物发酵法。化学法制氢技术成熟、氢纯度高，但效率低、能耗高、制氢成本昂贵。与化学法相比，生物发酵法制氢技术因具有高效、节能、成本低等诸多优点而备受关注。近年来，生物制氢已成为世界各国关注的热点研究领域之一。

生物发酵法中的暗发酵（也称厌氧发酵）生物制氢是在厌氧条件下利用细菌发酵碳水化合物产生氢气。暗发酵不需光源，原料来源广泛，不但可以实现持续稳定产氢，而且反应装置的设计、操作及管理方便简单。印度斯坦石油公司开发了小试规模的暗发酵生物制氢技术，每摩尔葡萄糖能产生2.0～2.4摩尔氢气，相比4摩尔氢气的理论产量，该技术已是一项非常重大的突破，为进一步提高氢气收率开辟了一条值得深入探索的路径。

在化学法制氢方面，针对生物质热解油难以直接用于运输燃料的问题，开发生物质热解油制氢相关的蒸汽重整技术和催化剂成为全球关注的焦点。在现有的蒸汽重整制氢催化剂中，非贵金属镍能够打断C-C健，但是容易产生积炭；贵金属能够获得优异的氢气收率，但价格昂贵；助剂锌的引入能抑制甲烷和一氧化碳的产生，从而保持高的氢气收率，不同的载体选择也会带来不同的反应性能。印度工程师协会有限公司在现有催化剂的基础上引入镁和镧后，提高了催化剂对蒸汽的吸附能力，同时使酸性位上形成的积炭部分气化，从而减少了积炭。该公司还对比了固定床和流化床的反应性能，固定床装置容易导致催化剂积炭失活；流化床装置有利于积炭的脱除，从而降低催化剂因积炭引起的失活，但流化床装置需要催化剂具有高强度的机械磨损性能。