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从“碳氢化合物”到“碳水化合物”2024年04月10日 来源:
中国石化报 作者:
据国际可再生能源署预测,到2050年,包括生物质、甲醇在内的含碳能源依然是人类的主要能源。 中国科学院院士、中国石化总工程师谢在库说,生物质原料经生物炼制可以得到生物基材料和化合物,包括生物基聚酯、生物基橡胶、生物基聚酰胺、生物基复合材料等,使人类从不可再生的“碳氢化合物”时代走向可再生的“碳水化合物”时代。如纤维素两步法制对二甲苯,集成度高、流程简洁、中间产物易于分离、能耗低,目前国内百吨级生物基PX(对二甲苯)示范线已在建设中。 最近一段时间,新能源的热点是绿色甲醇。绿色甲醇由生物质气化或二氧化碳与绿氢反应制得,能够实现二氧化碳零排放。生物质气化或生物质热裂解合成绿色甲醇是其中一条路线,其技术经济性直接关系绿色甲醇的未来。 中国工程院院士、美国国家工程院外籍院士曹湘洪说,生物质是自然界唯一的可再生的主要含碳氢元素的物质,将分子结构中另一种主要元素氧去掉后,它的碳氢元素比和石油非常接近。碳水化合物和碳氢化合物原料性状不同,造成转化技术不同。一旦原料变成分子结构相同的基础化学品,比如一氧化碳和氢气、乙醇、甲醇,进一步转化成生物基运输燃料、合成材料单体及聚合物,技术是完全可以通用的。 生物制造,就是以生物质为原料,在微生物、酶或化学催化作用下进行碳氢化学品合成,或进一步转化成合成材料的过程,也可称为生物炼制。早在2006年2月,82岁的闵恩泽院士就在《化学进展》上发表了《利用可再生农林生物质资源的炼油厂——推动化学工业迈入“碳水化合物”新时代》一文,明确提出面向未来要发展利用生物质生产生物燃料的炼油厂,展现出科学大师高瞻远瞩的战略眼光。 利用农林废弃物、有机垃圾等生物质,通过生物制造可以生产出各种生物基运输燃料、基础化学品、精细化学品和高分子材料,品种之多,令人炫目。比如,以农作物秸秆为原料,通过气化、生物质糖、快速催化热解等途径,可以得到甲醇、乙醇、乙二醇、对二甲苯等,继而得到聚丙烯、聚乙烯、丁二烯橡胶、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。研究报告《生物基材料单体及聚合:2020-2025年全球产能及趋势》指出,基于生物基原料生物制造的单体及合成材料基本覆盖了目前市场上的石油基通用高分子材料。 中国科学院院士何鸣元说,生物质是地球最丰富的含碳的可再生能源,但以生物质为能源化工原料,从低能量密度向高能量密度转变是熵值降低的过程,需要输入能量、衡算得失。同时,生物质生长速度慢,美国在多年前就发展微藻,认为微藻可以凭借最大的能量密度来生产,而且可以养殖,不需要占用耕地,即使这样,微藻计划到现在也不是很成功,所以生物质真正成为能源化工大规模稳定的原料供应,还存在很大问题。对于能源化工企业来说,将来不依靠石油,需要重构供给链和价值链,合理的良性的价值链意味着每走一步都需要价值是正的,这样才能维系运行。 从生物油来看,最方便的办法是生物制油,当前最现实可行的就是从分散到集中,这样对熵变过程比较有利,先在分散的小范围内把生物质变成油,再集中运输到炼油化工基地,这样所需要的能量最低也最合理。矿物油与生物油共炼,目前国内外已经开始实践。对于上游来说,生物质液化是合理途径,液态是化工行业规模化加工的理想物态,其中热解是关键步骤。炼厂引入生物质途径最简单的就是催化裂化和加氢。
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