生物质转化工程 ppt课件

煤化工及石油化工对生物质利用的启示
催化裂化
核心技术开发
原料: • 稳定 • 大规模供应
固定床
移动床
技术: • 催化剂 • 工艺
提升管
产品: • 燃料, • 化学品
煤化工及石油化工对生物质利用的启示
热电厂 2.8 Billion Ton
二氧化碳减排
石油化工
1.1 Billion Ton
CO2
Emission
这些特性显示出PTT美好的工业化前景，它不仅可以作为新型合成纤维在地毯和 纺织品方面有着广阔的应用前景，而且在工程热塑性塑料领域也有巨大的应用 潜力，因此PTT将成为PET、PBT、尼龙66等聚合物的强劲竞争对手。
NREL’s Definition
美国国家再生能源实验室 （U.S. National Renewable Energy Laboratory, NREL）:
以生物质为原料，将生物质转化工艺和设备相结合，用 来生产燃料、电热能和化学产品集成的装置。
生物炼制过程与产品
生物质
成份分离
碳水化合物
淀粉
生
- 食物; - 生物塑料; - 溶剂; -纤维; -生物洗涤剂; -化学品 -燃料 - …….
废弃物
生物质炼制：生物催化与化学催 化的有机结合
生物质
生物催化 化学催化
物理方法 ……
热、电
燃料 化学品 材料
生物合成气平台
生物炼制：以可再生的生物质为原料，经过生物、化学、 物理方法或这几种方法集成的方法，生产一系列化学品、 材料与能源的新型工业模式。 Science, 2006, 311: 484-498
1,3-丙二醇
1,3-丙二醇
PTT
聚二甲苯丙二酯 PTT
一种新型的聚酯材料，它与聚对苯二甲酸乙二酯（PET）和聚对苯二甲酸丁二酯 （PBT）相比具有更优良的特性。
尼龙样的弹性恢复，在全色范围内无需添加特殊化学品即能呈现良好的连续印 染特性，抗紫外、臭氧和氮氧化合物的着色性，抗内应力，低水吸附，低静电 以及良好生物降解性能等。
欧洲BASF、DSM、Lonza、Degussa和Roche等大型跨国公司已 纷纷转向工业生物技术领域，并已有产品投放市场。
Dowpharma，Cambrex和Archimica等精细化工公司，主要通过 收购其他相关公司来大幅度增强其生物催化研发能力。
IBM、Microsoft等IT巨头也纷纷涉足生物技术的研究与开发 Amano Enzyme, Codexis ， BioCatalytics, Novozymes ，
Adsorption
水泥化工
0.9 Billion Ton
低碳工业
微藻及其他生物质
黑色金属 0.6 Billion Ton
燃料和化学工业
不可再生的”碳氢化合物 (hydrocarbons ) ”时代
可再生的”碳水化合物 (carbohydrates) ”时代
化学 生物技术
生物质
生物质炼 制
工程
产品
美国：到2030年替代25%有机化学品和20%的石油燃料。
欧盟：化学品替代10-20%， 其中化工原料替代6-12%，精细化学品替 代30-60%。
工业 39%
农业36%
医药25%
2030年：生物技术的经济贡献与环境效益
生物基化学品已成为大型跨国公司竞争的焦点
杜邦公司剥离石油资产，购买了生物技术公司和组织农业综 合企业，未来3年将向应用生物技术部门投资5亿美元，并将 2010年销售额的25%定位于生物质产品。
传统方法
头孢菌素 10步化学合成
精细化学品
生物法 1步发酵+酶法
❖ 废水降低65％ ❖ 能耗降低65％ ❖成本降低50％1,3丙二醇
大宗化学品
传统方法 化学法
生物法 工程菌发酵
❖ 原料降低37% ❖ 能耗降低30% ❖ CO2减排63%
资料来自EuropaBio主席Sijbesma F报告
乳酸——重要C3平台化合物
石油基平台化合物的生物替代
石油炼制
粗原料
原料 中间体
平台 化合物
衍生 化学品
合成 中间体
终产品
生物炼制
生物基化学品正成为全球战略性新兴产业
生物基产品占石化产品总额从2000年的不到1%，增长到2008年的6%， 并每年以高于30%的速度增长，生物基塑料更是以38%的速度增长。
OECD预测：至2030年，将有35%化学品和其它工业产品来自生物制造。
半纤维素
物
质
纤维素
木质素
油脂
蛋白质
基础原料
热化学平台
糖平台
• 葡萄糖 • 果糖 •甘露糖 •半乳糖 • 木糖 • 阿拉伯糖
平台化合物
SG
H2、甲烷
混合醇
C2
生物
化学
……
C3
C4
C5
C6
高分子材料
乙醇、乙烯
乳酸、甘油 丙烯酸
3-羟基丙酸
富马酸 丁二酸 天冬氨酸 苹果酸
衣康酸 乙酰丙酸
柠檬酸 葡萄糖酸 山梨醇
发酵 糖
乳酸
催化脱水
聚乳酸
丙烯酸
1mol 葡萄糖可以生成 2mol乳酸，理论上 1 吨糖可得 1 吨 乳酸，实际转化率可以达到 90－ 95％。
乳酸的聚合物聚乳酸是一种极有前途的生物材料
可再生资源
乳酸
聚乳酸 • 良好的机械性能和物理性能——纺织品 • 良好的生物可降解性——包装材料 • 良好的生物相容性——医药领域
Bioverdent等大型跨国公司十分关注中国市场的开发，纷纷 在我国设立以生物制造为核心技术的分支研发机构或工厂， 必将对我国新兴生物制造产业形成新一轮的冲击。
生物基化学品是推动节能减排和发展低碳经济基本 国策的必然选择
丙烯酰胺 传统方法
大宗化学品 硫酸或铜催化水合
生物法 全细胞催化
❖ 蒸汽降低80％ ❖ 电耗降低67％ ❖ CO2降低80％ ❖原料降低8 ％ ❖质量显著提升
聚乳酸
生物相容 生物可降 性材料 解塑料
Cargill – Developed PLA Process
2001年Cargill Dow公司年产聚乳酸14万吨的工厂投产。 2020年世界聚乳酸需求量每年达1150～2300万吨。
生物基丙烯酸
发酵
乳酸
脱 水
丙烯酸
多步反应
2010年丙烯酸需求量达到116万吨
生物炼制、生物基化学品及生物质水热转化
生物质
生物质种类繁多，总量巨大
生物质结构
生物能源的历史沿革
工业革命之前
主要的能量（热量、 蒸汽）等及炼铁的焦 炭等来源
煤的使用
石油的大规模炼制
生物能源研究重新兴起
生物质能源的应用形式
基于化石资源的传统化工的巨大 成就
基于化石资源的传统化工利用不可再生的化石 资源，集中的生产方式，高效的生产效率，创造 了大量的物质财富，满足了人类的物质生活需要， 开创了当今的繁华盛世。