從技術(shù)到設(shè)備生物質(zhì)轉(zhuǎn)化取得新突破

文|于雷 中國林業(yè)科學(xué)研究院 編輯|王武強(qiáng)

從技術(shù)到設(shè)備生物質(zhì)轉(zhuǎn)化取得新突破

文|于雷 中國林業(yè)科學(xué)研究院 編輯|王武強(qiáng)

項(xiàng)目成果：農(nóng)林生物質(zhì)定向轉(zhuǎn)化制備液體燃料多聯(lián)產(chǎn)

承擔(dān)單位：中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所

我國是能源生產(chǎn)大國也是消耗大國，由于傳統(tǒng)能源的存儲(chǔ)量的限制和燃燒時(shí)產(chǎn)生的大量危害氣體和溫室氣體等因素，越來越多的人將目光放到了新型能源——生物質(zhì)的身上。

近日，2016年度國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在人民大會(huì)堂隆重舉行，中國林科院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所研究員蔣劍春主持的“農(nóng)林生物質(zhì)定向轉(zhuǎn)化制備液體燃料多聯(lián)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目榮獲2016年度國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

關(guān)鍵技術(shù)取得突破性進(jìn)展

農(nóng)林生物質(zhì)廢棄資源的能源化和高值化綜合利用是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、改善生態(tài)環(huán)境、應(yīng)對(duì)氣候變化的重要途徑。項(xiàng)目針對(duì)農(nóng)林生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中存在的降解產(chǎn)物組分復(fù)雜、原料轉(zhuǎn)化率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、能耗高、安全性差、經(jīng)濟(jì)效益不明顯等問題，開展木質(zhì)纖維和植物油脂定向轉(zhuǎn)化過程的可控機(jī)制等基礎(chǔ)理論研究，突破了降解產(chǎn)物定向調(diào)控、生產(chǎn)過程連續(xù)化、多聯(lián)產(chǎn)高值化利用等工程化關(guān)鍵技術(shù)，取得了多項(xiàng)創(chuàng)新性成果：

一是新研發(fā)了農(nóng)林生物質(zhì)熱化學(xué)降解產(chǎn)物定向調(diào)控技術(shù)。揭示了木質(zhì)纖維和植物油脂等不同原料的定向降解過程基本規(guī)律；創(chuàng)制了定向調(diào)控產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)及分子量的催化降解技術(shù)；首次成功開發(fā)出規(guī)模化應(yīng)用的工程化成套關(guān)鍵技術(shù)。

二是創(chuàng)制了連續(xù)酯化和酯交換制備液體燃料的關(guān)鍵技術(shù)。發(fā)明了連續(xù)酯交換專用催化劑，首創(chuàng)了植物油脂自催化酯化降酸值、催化酯交換、溫敏減粘高效分離等連續(xù)化制備生物柴油工程化集成技術(shù)；創(chuàng)制了連續(xù)酯化耦合精餾分離制備富烴燃油及燃油添加劑關(guān)鍵技術(shù)。

三是創(chuàng)新了液體燃料聯(lián)產(chǎn)高值化生物基新材料關(guān)鍵技術(shù)。發(fā)明了氧化降解木質(zhì)素改性酚醛泡沫材料的連續(xù)化制備和生物柴油雙鍵結(jié)構(gòu)組分非均相催化聚合等關(guān)鍵技術(shù)；首次成功開發(fā)出木質(zhì)素改性酚醛塑料和高閃點(diǎn)增塑劑等生物基新材料工程化技術(shù)。

專家簡介

蔣劍春男，研究員。1996年以來，一直從事林產(chǎn)化學(xué)加工領(lǐng)域的生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化化學(xué)與利用、活性炭制備和應(yīng)用等方向的化學(xué)化工相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，及成果轉(zhuǎn)化工作。先后主持和參加完成國家“863”、“攻關(guān)/支撐”、“自然基金”、“948”、部省級(jí)科技攻關(guān)和國際合作等重點(diǎn)研究科研項(xiàng)目。

生物質(zhì)轉(zhuǎn)化顯露綜合效益

項(xiàng)目屬于技術(shù)開發(fā)類，集成了農(nóng)林生物質(zhì)定向轉(zhuǎn)化制備液體燃料多聯(lián)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)。獲得授權(quán)發(fā)明專利47件，發(fā)表論文189篇，其中SCI、EI收錄84篇，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。建成了年處理8萬噸木質(zhì)纖維制備乙酰丙酸及酯、年產(chǎn)10萬噸生物柴油、全球最大的年產(chǎn)5000噸催化裂解制備富烴燃油和國內(nèi)外首條年產(chǎn)6萬立方米木質(zhì)素改性酚醛泡沫等4條連續(xù)化示范生產(chǎn)線。

截至目前，成果先后在江蘇、浙江、山東、內(nèi)蒙古、安徽等省區(qū)推廣應(yīng)用，建成生產(chǎn)線12條，主要產(chǎn)品總產(chǎn)能每年可達(dá)30萬噸，每年可轉(zhuǎn)化生物質(zhì)50余萬噸，廢棄物資源增值超過10億元，替代化石資源30萬噸以上，減排二氧化碳約100萬噸。近三年新增銷售收入31.4億元，新增利潤4.1億元。其中，乙酰丙酸及酯、生物柴油等產(chǎn)品在國內(nèi)市場(chǎng)占有率近30%，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益顯著，對(duì)新能源和環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有良好的示范和推動(dòng)作用。

成果顯著享受國際聲譽(yù)

系列成果受到了國內(nèi)外同行的高度關(guān)注。成果鑒定認(rèn)為，該項(xiàng)目取得的3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)均達(dá)到了國際先進(jìn)水平，其中，在木質(zhì)纖維原料全質(zhì)利用、液化產(chǎn)物選擇性轉(zhuǎn)化乙酰丙酸及其酯、木質(zhì)素預(yù)處理活化和生物油脂連續(xù)轉(zhuǎn)化高品質(zhì)燃油聯(lián)產(chǎn)環(huán)保增塑劑工程化、自熱式定向催化裂解與精餾耦合、高閃點(diǎn)生物基環(huán)氧類增塑劑制備等關(guān)鍵技術(shù)方面達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。生物油脂能源化多聯(lián)產(chǎn)工程化關(guān)鍵技術(shù)研究成果具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

國內(nèi)首條處理8萬噸/年木質(zhì)纖維制備乙酰丙酸及酯連續(xù)化生產(chǎn)線

技術(shù)輻射五省十二條示范線

國內(nèi)外首條6萬m3/年木質(zhì)素改性酚醛泡沫連續(xù)化生產(chǎn)線

生物質(zhì)熱化學(xué)國際知名專家、愛爾蘭皇家科學(xué)院院士Julian R.H. Ross認(rèn)為：“該項(xiàng)目所制備的鋯型酯化反應(yīng)固體酸性催化材料具有很好的應(yīng)用前景”；美國密西西比大學(xué)化學(xué)化工研究中心主任Charles指出：“反應(yīng)精餾可以解決精煉反應(yīng)中反應(yīng)平衡移動(dòng)的問題，促進(jìn)了燃油品質(zhì)的提升”；美國佐治亞大學(xué)工程學(xué)院院長K.C. Das則高度評(píng)價(jià)了油脂定向催化裂解的研究結(jié)論，指出：“堿性催化劑能夠用于提升植物油的燃料性能”。