生物质制芳烃技术进展与发展前景_董丽

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2013年第32卷第7期·1526·

化工进展

生物质制芳烃技术进展与发展前景

董丽

（中国石化上海石油化工研究院，上海 201208）

摘要：对目前利用生物质生产芳烃几种路线以及研究进展进行评述。介绍了前景较好的代表性工艺，如：Anellotech公司开发的生物质热解制芳烃（Bio-Aromatics TM）工艺、Virent公司开发的生物基氢解糖类经过催化转化制PX（Bio-Forming TM）工艺以及Gevo公司开发的生物质异丁醇制芳烃工艺，并详细分析了各工艺的原料来源、工艺流程、工艺条件等特点。分析几种生物质芳烃工艺生产成本，并对照传统石脑油裂解重整制芳烃生产成本，分析各工艺经济性后，得出结论：Anellotech公司开发的生物质热解制芳烃工艺经济性成本与经济性最佳。在此基础上，提出今后生物质制芳烃的研究应当以提高原料利用效率、增加芳烃产率和选择性为重点，开发适合生物质转化反应的催化剂和反应器。

关键词：生物质；芳烃；气化；热解；水解

中图分类号：TQ 031；TQ 35；Q 81文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2013）07–1526–08 DOI：10.3969/j.issn.1000-6613.2013.07.013

Development of aromatics production from biomass

DONG Li

（Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology，SINOPEC，Shanghai 201208，China）Abstract：Research progress and production routes of aromatics from biomass are reviewed. Several promising representative processes，such as Bio-Aromatics TM developed by Anellotech which produces BTX by catalytic pyrolysis，BioForming TM developed by Virent which produces BTX by catalysis of sugars and the process developed by Gevo which produces PX from bio-based isobutanol.

Characteristics of above mentioned processes are analyzed，such as source of raw materials，process flow，process condition etc. Compared with production cost of traditional naphtha cracking process，production cost and economics of bio-aromatic processes are discussed. Bio-Aromatics TM process is most cost effective. Future research on bio-aromatics should focus on improvement of utilization efficiency of biomass and yield and selectivity of aromatics，and development of newly catalyst and reactor fit for conversion of biomass.

Key words：biomass；aromatics；gasification；pyrolysis；hydrolysis

芳烃（包括苯、甲苯、二甲苯，简称BTX）是重要的基本有机原料，利用芳烃资源可衍生出多种产品链，广泛用于合成树脂、合成纤维单体、涂料、燃料、医药以及精细化学品等领域。目前国内外芳烃生产主要依赖石油资源，在芳烃联合生产装置中，在催化剂和高温高压的条件下经过加氢、重整、芳烃转化、分离等过程获得苯、甲苯、二甲苯，工艺复杂。石油等化石燃料储量有限，随着化石燃料的大量消耗，原油价格不断上升，以石油为主导的化工工业成本也不断攀升。不仅如此，石油炼化过程中产生大量副产物及其它有毒气体和废料，严重污染环境。因此，寻找可再生、环保型的替代原料并将其转化为芳烃产品便引起了国内外许多公司和研

收稿日期：2013-01-07；修改稿日期：2013-01-29。

作者：董丽（1987—），女，硕士，助理工程师，目前从事情报调研和技术经济性分析工作。E-mail dongl.sshy@。

第7期董丽等：生物质制芳烃技术进展与发展前景·1527·

究机构的关注。

生物质直接或间接来源于太阳能和植物的光合作用，包括植物、农作物、林产物、海产物、农林废弃物、城市废弃物（报纸、天然纤维等），相对于石化资源而言储量更加丰富，而且可再生[1]。全球每年生物质产量约2000亿吨，且80～200亿吨的原始生物质也有开发的潜力[2]。生物质通过合理转化可以生产多种有机化学品和燃料，利用生物质制芳烃技术的开发和应用，不仅可以减少芳烃生产对石化与燃料的依赖性，也是缓解全球石油资源稀缺的替代工艺。

1 生物质制芳烃工艺发展现状

近年来，全球多家石油化工公司、生物化学品公司和高校均对生物法制苯、甲苯、二甲苯工艺产生浓厚兴趣，开发了多种制备线路，并取得实验室研究成果。在生物质制芳烃工艺路线方面，除发酵路线外，与化工过程较为接近、且有发展前景的工艺路线有3条：生物质先气化为合成气，再以合成气为原料经C1化工路线生产燃料和化学品；生物含烃原料在催化剂作用下进行热解，可生产烯烃、芳烃等产品；以生物质发酵的酮、醇类等发酵产物为原料，制备乙烯、丙烯、二甲苯等芳烃产品。国外多家公司在这些工艺开发上已取得初步成果，有的已计划建设工业装置，值得重点关注。以生物质为原料制芳烃的几种途径如图1所示。

1.1 生物质经合成气制芳烃

生物质气化是生物质利用的重要方向之一，是在高温条件下，将生物质燃料中的可燃部分转化为可燃气的热化学反应。生物质气化的原料来源广泛，可以用秸秆、薪柴、林业加工废弃物等废弃物资源，生物质气化的产品即合成气，是一碳化工的源头，可以用来生产甲醇、合成油等各种化工产品。

目前，利用合成气制芳烃的途径主要有两种：

图1 生物质制芳烃利用途径合成气经费托合成制芳烃、合成气经甲醇制芳烃。

1.1.1 合成气经费托合成制芳烃

费托合成（Fischer-Tropsch）是目前应用最广泛的合成气制燃料、化学品的生产工艺。自1923年发明以来，受到广泛的关注，南非Sasol、美国Shell、Rentech等公司开发了多种费托合成技术。目前费托合成的原料合成气大多来自煤气化，以生物质作为气化原料与费托合成相结合，将合成气转化为燃料及其它化学品也是生物质利用路线之一。费托合成按其反应体系的温度可分为低温费托技术和高温费托技术两大类。以Sasol公司开发的费托合成技术为例，低温费托合成反应温度约250 ℃，绝大部分产品为烷烃，不含芳烃；高温费托合成反应温度约350 ℃，产品中烯烃和烷烃含量超过80%，芳烃含量约6%[3]。可见，虽然费托合成可作为生物质气化的一种转化方式，但其主要产品烷烃和烯烃，芳烃仅占很小的一部分。

1.1.2 合成气经甲醇/二甲醚制芳烃

目前，合成气制甲醇/二甲醚技术成熟，且国内甲醇产能过剩，将甲醇作为高附加值化学品的生产原料进行综合利用不仅能消化部分甲醇产能，也为芳烃生产提供了一条可行的路径。早在1985年，Mobil公司就在其专利中首次公布了甲醇、二甲醚转化制芳烃的研究成果，但芳烃产率不高[4]。2002年Chevron Phillips公司也在专利中公布了采用两种分子筛催化剂由甲醇、二甲醚为原料联合生产芳烃的技术[5]。

近年来，国内甲醇、二甲醚芳构化的技术取得突破性进展，包括中科院山西煤炭化学研究所的固定床甲醇、二甲醚制芳烃（MTA）技术[6]和清华大学的甲醇、二甲醚循环流化床制芳烃（FMTA）技术[7]。其主要原理是：以甲醇或二甲醚为原料，采用改性ZSM-5催化剂，将甲醇、二甲醚转化为以芳烃尾注的产物，经冷却分离将气相产物低碳烃和液相产物分离，液相产物萃取得到芳烃，低碳烃类进一步芳构化。目前，采用FMTA技术的100吨/年实验装置已连续稳定运行上千小时。2010年6月，中国华电集团已决定采用清华大学的FMTA技术在山西建设万吨级中试装置和工业化项目[8]。此外，河南煤化集团研究院与北京化工大学合作对甲醇芳构化催化剂性能改进开展研究，并取得阶段性成果[9]。

无论是生物质通过费托合成还是经甲醇制芳烃，都需要经过生物质向合成气的转化。与煤相比，生物质作为气化原料具有：挥发分高、固定碳含量