以生物质为原料生产化学品技术进展

化学公司正在越来越多地开发以生物质为原料的生产技术。实现原料的多样化已成为当今大多数化工公司的主要行动计划,这不仅可以减缓原油价格的波动,而且可以解决传统石油基原料的使用对环境的影响。许多公司都在政府的剌激政策以及帮助下,越来越多地将生物质作为一种可行的解决方案。

美国咨询公司 Nexant在其 2010年全球石油化工原料研究报告中指出,石油燃料和煤的使用对环境造成越来越大的影响,为此已促使继续寻求污染较少的原料。在高油价的形势下,生物烃类变得更有吸引力,为此,许多公司继续加大投资、推进研发新技术,并得到政府的支持,以期实现工业化生产。

2010年 6月,世界经济论坛的一份报告指出,使用生物质原料和转化技术,到 2020年全球用于生产生物基大宗化学品和生物塑料的潜在营业收入将达到 100～150亿美元。到 2020年生物基化学品预计将从目前占总化学品生产份额的1%提高到 9%。

目前正在开发的生物基化学品的重点是生产一些中间体,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),其主要的重点是生产含氧中间体而不是烃类(如烯烃和芳烃)。这种情况的一个很好的理由是,在一般情况下,后者需要使生物质转化为含氧中间体。

生物基丁二酸生产尤为令人关注,这是因为可采用发酵技术,以 CO2用作原料,并且可以从该产品衍生,拥有潜在的新应用。其最大的用途是可以生产 1,4-丁二醇(BDO),生物丁二酸其他潜在的市场包括生物聚合物、聚氨酯(PU)和聚酯多元醇。

一些主要的化学公司均在投资生物丁二酸的工业化,包括荷兰 DSM和法国淀粉衍生物生产商Roquette组建的合资企业;德国BASF公司与荷兰乳酸生产商 Purac公司的合作;日本三菱化学公司;涉及该领域的美国可再生能源化工公司包括BioAmber(原 DNP绿色技术公司)和 Myriant技术公司。除了 CO2外,生产生物丁二酸的原料可为葡萄糖、混合 C5和 C6及甘油。

在生物基甲基丙烯酸甲酯(MMA)生产方面,糖类被转化为羟基丁酸,然后再转化为 2-羟基、2-甲基丙酸,然后脱水生成甲基丙烯酸。生物基MMA的开发还处于初期阶段,但结果令人鼓舞。德国 Evonik工业集团和法国 Arkema公司已进入该领域。据 Nexant报道,全球 MMA需求增长率超过 GDP增长率。世界各地的很多MMA装置均为 50～100kt/a的中等规模范围,这使得以生物质为基础的操作可采用发酵加工来实现。

在寻找化学中间体替代方面,Anellotech公司的工艺和催化剂专利技术已由马萨诸塞大学Amherst分校开发成功。与气化方式不同,它可得到含有 C和 H的合成气混合物,热解可在广范围内使生物质通过单一步骤经济地转化成液体燃料。由于采用了单一步骤的流化床反应器,简化了 BTX生产过程,产品绝对与石油基 BTX相同,该公司采用的廉价和可再生的沸石催化剂也与石油炼制工业广泛使用的催化剂类似。目前该专利方法每 1t生物质可生产 BTX芳烃 189L。Anellotech公司的目标是每 1t生物质可生产BTX芳烃 322L。热解过程的副产物,包括水以及 CO2和 CO气体,可重复使用。1t废弃木质材料的能量价值,约为 20美元,该工艺过程的经济效益可超出 100美元/t。该公司目标是假设没有税收优惠或补贴,也可与30美元/桶油价相竞争。