世界首个液态分子催化二代生物柴油技术实现工业化验证

2020-08-21 14:18:12 来源: 科技日报 作者: 王健高 通讯员 刘佳

科技日报记者 王健高 通讯员 刘佳

近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所传来喜讯:该研究所与河北常青集团石家庄常佑生物能源有限公司联合攻克沸腾床改造均相加氢工艺生产二代生物柴油技术,并在常佑生物能源公司20万吨/年规模二代生物柴油生产装置上实现成功开车,标志着中科院青岛能源所ZKBH均相加氢技术成为世界上第一个采用液态分子催化成功量产商业化二代生物柴油的技术,在芬兰、美国等国家加氢生产二代生物柴油技术领域长期领先中国10余年的背景下,具有里程碑的意义。

图为国内黑地沟油、进口棕榈油酸化废油

图为1号生物质溶剂油,2号二代生物柴油;右侧为比色用的矿泉水

作为ZKBH二代生物柴油技术发明人与常佑工业化项目主持负责人,中科院青岛能源所研究员陈松博士高兴地说,目前,全部装置各项运行指标稳定,在生产中可实现高达80%以上的生物柴油收率,达到世界先进水平,产品质量满足出口欧盟标准。

自主创新ZKBH均相加氢技术

以新能源替代传统能源,以优势能源替代稀缺能源,以可再生能源替代化石能源……我国发展替代能源当务之急。

曾几何时,芬兰、美国等国家加氢生产二代生物柴油技术领域长期领先中国10余年。

在此背景下,陈松与团队成员下定决心,科研攻关,自主创新,使得“ZKBH均相加氢”技术是世界上第一个采用液态分子催化成功量产商业化二代生物柴油的技术,并率先经过工业化验证,产品收率达到世界领先水平,产品质量满足出口欧盟标准。该项目的成功开车,标志着中国拥有生产二代生物柴油自主产权先进技术,为世界碳排放减排做出新贡献。

然而,在我国,生物柴油行业尚处于发展初期。世界范围内,第二代生物柴油生产技术难度高,现有主流装置全部采用固定床生产,固定床加氢技术是目前工业应用最多、发展最快的加氢技术,但是固定床加氢对原料要求较高,催化剂容易丧失活性,特别对含磷含硅量较高的油料容易受影响中毒降低反应活性,导致产量有限,而生产生物柴油的原料成分比较复杂,杂质多、酸值高,直接用固定床加氢困难大。陈松说,“ZKBH均相加氢”技术借鉴了悬浮床的优势并利用了沸腾床渣油加氢的优点,通过开发高效液体催化剂解决了固体催化剂容易磨损失活和处理生物油脂易于粉化的问题,同时液体催化剂可以与中科院自主研发的半陶瓷化抗水固态催化剂完美协同,实现高的收率并保障工业装置长期运行的生产稳定性。看好未来政策趋势和市场潜力,同时基于ZKBH技术的强力支持,常佑生物能源公司拟着手二期产能为100万吨/年的装置建设升级准备和项目申报工作,希望跻身于世界上最大的生物柴油装置之一。

对此,陈松认为,中国的可再生能源与生物质燃料的春天即将到来。

“产学研”结合开花结果

令人欣喜的是,中科院青岛能源所在稠油分子均相催化研究方面取得重大突破,自主开发出先进的“均相加氢”技术。陈松介绍,该技术特征是采用液体催化剂和全返混均相加氢反应器设计,可加工全组分废弃矿物油和可再生生物油脂,不仅能实现废弃油脂的资源循环利用,特别适用于制备二代绿色生物柴油。

陈松表示,第一代生物柴油和第二代生物柴油不同,在于生产原料相同但生产工艺方法迥异,第一代生物柴油是采用酯交换技术生产的脂肪酸甲酯,生产工艺简单,第二代生物柴油是催化加氢工艺,得到的产品化学结构不同,属于清洁化加氢工艺得到的清洁化高质量烃类二代生物柴油,与第一代生物柴油即脂肪酸甲酯相比,第二代生物柴油在化学结构上与柴油完全相同,具有与柴油相近的黏度和发热值、与柴油相当的氧化安定性和更低的排放上等优势;与石油基柴油同属烃类,不影响柴油储运,不影响发动机和尾气处理,但品质更高,突出表现在低硫含量、低密度与高十六烷值上,同时,第二代生物柴油的CO2 排放量比柴油低,可以减少限制的和非限制的污染物排放(包括SOx,NOx),还可以减少颗粒物排放量,并且可以大大减少发动机的结垢,噪声明显下降。

谈到二代生物柴油技术成果的研发生产过程,陈松表示,这项技术成果凝聚了团队的智慧与心血,是产学研结合的结果。

2020年初,石家庄常佑生物能源有限公司寻求二代生物柴油生产技术,经过调研后慕名与中科院青岛能源研究所进行交流合作。针对企业发展和产业转型升级的需求,陈松带领技术团队在进行实地考察后,基于过去两年青岛能源所在“均相加氢”分子催化研究的成果,决定因地制宜,用最小的代价对企业现有一套用于加工全馏分煤焦油20万吨规模加氢装置进行“均相加氢”技术改造,双方对方案“一拍即合”,很快签订合同。中科院提出液态催化沸腾床加氢耦合固态催化加氢脱氧提质的ZKBH工业化技术改造方案,并迅即在常佑生物能源公司启动,一期目标处理20万吨生物质油脂生产二代生物柴油。

图为常佑能源加氢生产装置

双方团队通力合作,经过3个月的反复调试、实验,在完成所有现场所有设备调整和工艺流程改造施工并将首批液态催化剂和配套生物柴油固态提质催化剂运抵现场后,7月30日,装置正式试料开车,一次切换进8吨/小时进料,初进原料为国产地沟油为主要成份的生物质原料;8月6正式生产出产品,所生产的二代产品生物产品外观水白色,密度0.7903,十六烷指数接近100,硫氮均小于5,经送上海有关欧盟生物柴油出口标准检测,产品指标全部达标。

初战告捷,陈松技术团队与常佑生物能源有限公司加氢车间开工团队携手,连日连夜奋战在现场,再经数日工艺优化,将二代生产柴油产品从62%上升到67%再上升到75%;再接再厉,在充分评估适应下游技改设备安全和充分权衡操作目标要求前提下,开工团队进一步调整液态催化剂注入量及注入方式,并实现反复切换生产国产地沟油和进口棕榈酸化废油的生产操作,显示ZKBH工艺对各种复杂来源的原料具有很好的适应能力。

ZKBH技术工业化意义重大

作为以含油植物、动物油脂以及废食用油为原料制成的可再生清洁能源,生物柴油被世界公认为是最具发展潜力的“绿色能源”之一,在推动经济可持续发展、推进化石能源替代、减轻环境压力等多方面具有重要的战略意义。

中科院青岛能源所ZKBH技术的工业化及中国最大二代生物柴油装置的投产,为企业创造巨大经济效益,具有积极的社会意义。

今年4月,《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》提出“国家鼓励高效清洁开发利用能源资源,支持优先开发可再生能源”,可以看出,未来对可再生能源的布局是国家能源的重点方向,生物质能源将扮演重要角色。陈松介绍,早在2009年,欧盟颁布《可再生能源指令RED》要求欧盟不迟于2020年,各个成员国在交通能源中可再生燃料的比例要达到10%;2020年,中国拟颁布的新能源法也预示中国将在不远的未来迅速走上同样的道路,这样做不仅有利于减少碳排放,也有利于解决中国地沟油上桌的食品安全问题……

陈松说,二期100万吨/年生物柴油装置改造完成后,可实现销售收入约为104亿元,年利润10亿元,纳税约4亿元/年,可提供就业岗位约500个。同时,生物柴油作为一种新兴的能源,扩充了国家能源的结构和组成,解决了化石柴油存在的诸多问题。它既完善和优化了能源结构,补充了国家在能源战略上短板,又充分利用和节约了资源,最大限度降低了对环境的破坏,减少碳排放,成为可循环、可持续、健康环保的朝阳产业。

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责任编辑:何沛苁

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