以生物質為原料生產(chǎn)化學品技術進展

化學公司正在越來越多地開發(fā)以生物質為原料的生產(chǎn)技術。實現(xiàn)原料的多樣化已成為當今大多數(shù)化工公司的主要行動計劃,這不僅可以減緩原油價格的波動,而且可以解決傳統(tǒng)石油基原料的使用對環(huán)境的影響。許多公司都在政府的剌激政策以及幫助下,越來越多地將生物質作為一種可行的解決方案。

美國咨詢公司 Nexant在其 2010年全球石油化工原料研究報告中指出,石油燃料和煤的使用對環(huán)境造成越來越大的影響,為此已促使繼續(xù)尋求污染較少的原料。在高油價的形勢下,生物烴類變得更有吸引力,為此,許多公司繼續(xù)加大投資、推進研發(fā)新技術,并得到政府的支持,以期實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

2010年 6月,世界經(jīng)濟論壇的一份報告指出,使用生物質原料和轉化技術,到 2020年全球用于生產(chǎn)生物基大宗化學品和生物塑料的潛在營業(yè)收入將達到 100～150億美元。到 2020年生物基化學品預計將從目前占總化學品生產(chǎn)份額的1%提高到 9%。

目前正在開發(fā)的生物基化學品的重點是生產(chǎn)一些中間體,如丁二酸(琥珀酸)、正丁醇、丙烯酸、己二酸、乙酰基和甲基丙烯酸甲酯(MMA),其主要的重點是生產(chǎn)含氧中間體而不是烴類(如烯烴和芳烴)。這種情況的一個很好的理由是,在一般情況下,后者需要使生物質轉化為含氧中間體。

生物基丁二酸生產(chǎn)尤為令人關注,這是因為可采用發(fā)酵技術,以 CO2用作原料,并且可以從該產(chǎn)品衍生,擁有潛在的新應用。其最大的用途是可以生產(chǎn) 1,4-丁二醇(BDO),生物丁二酸其他潛在的市場包括生物聚合物、聚氨酯(PU)和聚酯多元醇。

一些主要的化學公司均在投資生物丁二酸的工業(yè)化,包括荷蘭 DSM和法國淀粉衍生物生產(chǎn)商Roquette組建的合資企業(yè);德國BASF公司與荷蘭乳酸生產(chǎn)商 Purac公司的合作;日本三菱化學公司;涉及該領域的美國可再生能源化工公司包括BioAmber(原 DNP綠色技術公司)和 Myriant技術公司。除了 CO2外,生產(chǎn)生物丁二酸的原料可為葡萄糖、混合 C5和 C6及甘油。

在生物基甲基丙烯酸甲酯(MMA)生產(chǎn)方面,糖類被轉化為羥基丁酸,然后再轉化為 2-羥基、2-甲基丙酸,然后脫水生成甲基丙烯酸。生物基MMA的開發(fā)還處于初期階段,但結果令人鼓舞。德國 Evonik工業(yè)集團和法國 Arkema公司已進入該領域。據(jù) Nexant報道,全球 MMA需求增長率超過 GDP增長率。世界各地的很多MMA裝置均為 50～100kt/a的中等規(guī)模范圍,這使得以生物質為基礎的操作可采用發(fā)酵加工來實現(xiàn)。

在尋找化學中間體替代方面,Anellotech公司的工藝和催化劑專利技術已由馬薩諸塞大學Amherst分校開發(fā)成功。與氣化方式不同,它可得到含有 C和 H的合成氣混合物,熱解可在廣范圍內使生物質通過單一步驟經(jīng)濟地轉化成液體燃料。由于采用了單一步驟的流化床反應器,簡化了 BTX生產(chǎn)過程,產(chǎn)品絕對與石油基 BTX相同,該公司采用的廉價和可再生的沸石催化劑也與石油煉制工業(yè)廣泛使用的催化劑類似。目前該專利方法每 1t生物質可生產(chǎn) BTX芳烴 189L。Anellotech公司的目標是每 1t生物質可生產(chǎn)BTX芳烴 322L。熱解過程的副產(chǎn)物,包括水以及 CO2和 CO氣體,可重復使用。1t廢棄木質材料的能量價值,約為 20美元,該工藝過程的經(jīng)濟效益可超出 100美元/t。該公司目標是假設沒有稅收優(yōu)惠或補貼,也可與30美元/桶油價相競爭。