【中國科學報】二代生物柴油量產工藝「升級」

ZKBH均相加氫技術將「地溝油」提煉成二代生物柴油。青島能源所供圖

　　一瓶是渾濁如醬油的「地溝油」原料，一瓶是無色無味的二代生物柴油樣品，裝在瓶中透亮見底——在中國科學院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱青島能源所），記者見到兩瓶截然不同的油品取樣。

　　通過「地溝油」等廢棄油脂提煉的二代生物柴油，不僅清潔、低碳，還不涉及與人爭糧、爭地等問題，因此備受行業青睞。然而，生產技術難度大也一直是阻礙二代生物柴油實現量產的「絆腳石」。

　　好消息是，近日，青島能源所與河北常青集團石家莊常佑生物能源有限公司（簡稱常佑公司）聯合攻克了沸騰床改造均相加氫工藝生產二代生物柴油技術，並在常佑公司20萬噸/年規模二代生物柴油生產裝置上實現成功開車。

　　這也標誌著，青島能源所開發的「ZKBH均相加氫技術」成為世界首個採用液態分子催化成功量產商業化二代生物柴油的技術。

　　「在芬蘭、美國等國家加氫生產二代生物柴油技術領域長期領先中國10餘年的背景下，該技術的誕生具有裡程碑的意義。」該項目負責人、青島能源所研究員陳松告訴《中國科學報》，「目前，全部裝置各項運行指標穩定，在生產中可實現高達80%以上的生物柴油收率，達到世界先進水平，產品質量滿足出口歐盟標準。」

　　二代生物柴油成完美替代者

　　今年4月，國家能源局發布的《中華人民共和國能源法（徵求意見稿）》提出，國家鼓勵高效清潔開發利用能源資源，支持優先開發可再生能源。

　　國家發展替代能源的政策主要是以新能源替代傳統能源，以優勢能源替代稀缺能源，以可再生能源替代化石能源。未來，對可再生能源的布局是國家能源的重點方向，生物質能源將扮演重要角色。

　　「生物柴油，作為一種新興的能源，擴充了國家能源的結構和組成，解決了化石柴油存在的諸多問題。」陳松表示，生物柴油既完善和優化了能源結構，補充了國家在能源戰略上的短板，又充分利用和節約了資源，最大限度降低了對環境的破壞，減少碳排放，是一個可循環、可持續、健康環保的朝陽產業，具有良好的經濟和社會效益。

　　生產生物柴油的原料主要是餐飲業廢油、榨油廠下腳料、廢棄動物脂肪、東南亞棕櫚油等植物油。

　　「簡單來說，第一代生物柴油和第二代生物柴油的生產原料相同，但是採用不同的生產工藝，分別為酯交換和催化加氫。兩者得到的產品化學結構不同，第二代生物柴油與石油基柴油屬於同性質產品，是高質量柴油，不影響柴油儲運，不影響發動機和尾氣處理。」陳松介紹說。

　　從產品性能上看，與第一代生物柴油即脂肪酸甲酯相比，第二代生物柴油在化學結構上與柴油完全相同，具有與柴油相近的黏度和發熱值，具有較低的密度和較高的十六烷值、硫含量較低、傾點低以及與柴油相當的氧化安定性等優勢。

　　與此同時，第二代生物柴油的二氧化碳排放量比柴油低，可以減少限制的和非限制的汙染物排放（包括SOx、NOx），還可以減少顆粒物排放量，並且能大大減少發動機結垢，噪聲明顯下降。

　　自主研發ZKBH均相加氫技術

　　然而，在世界範圍內，第二代生物柴油生產技術難度高，現有主流裝置全部採用固定床生產，固定床加氫技術是目前工業應用最多、發展最快的加氫技術。但是，固定床加氫對原料要求較高，催化劑容易喪失活性，特別對含磷、含矽量較高的油料來說，容易受影響中毒降低反應活性，導致產量有限。而生產生物柴油的原料成分比較複雜，雜質多、酸值高，直接用固定床加氫困難大。

　　記者採訪獲悉，此前，擁有第二代生產技術的企業在全球屈指可數，主要掌握在芬蘭、義大利、美國、丹麥、巴西等國的少數幾家公司手裡。芬蘭奈斯特石油公司（Neste）作為全球著名二代生物柴油公司，其在新加坡的一套生物柴油裝置在2015年投產，設計產能80萬噸/年，裝置投資達5.5億歐元，是目前全球產能最大的生物柴油裝置。在技術上，以固定床加氫為主流技術，但固定床投資規模很大，基本為1億美元/10萬噸，對催化劑要求也極高。

　　陳松團隊自主研發的「ZKBH均相加氫」技術借鑑了懸浮床的優勢，並利用沸騰床渣油加氫的優點，通過開發高效液體催化劑解決了固體催化劑容易磨損失活和處理生物油脂易於粉化的問題。同時，液體催化劑可以與青島能源所自主研發的半陶瓷化抗水固態催化劑協同，實現更高的轉化率，並保障工業裝置長期運行的生產穩定性。

　　經過工業化驗證，陳松團隊的產品收率達到世界領先水平，產品質量滿足出口歐盟標準。該項目的成功開車，標誌著中國擁有了生產二代生物柴油自主產權的先進技術。

　　春天即將到來

　　談到二代生物柴油技術成果的研發生產過程，青島能源所多相催化轉化研究組負責人、研究員李學兵表示，這項技術成果凝聚了團隊的智慧與心血，是產學研結合的結果。

　　2019年，青島能源所在稠油分子均相催化研究方面取得重大突破，開發出先進的「ZKBH均相加氫」技術。其特徵是採用液體催化劑和均相加氫反應器設計，可加工全組分廢棄礦物油和可再生生物油脂，實現廢棄油脂的資源循環利用，更適用於製備二代綠色生物柴油。

　　今年年初，常佑公司尋求二代生物柴油生產技術，經過調研後與青島能源所進行合作。5月，青島能源所提出液態催化沸騰床加氫耦合固態催化加氫脫氧提質的ZKBH工業化技術改造方案，並迅速在常佑公司啟動，一期目標處理20萬噸生物質油脂生產二代生物柴油。

　　7月30日，雙方完成所有設備調整和工藝流程改造施工，啟動裝置正式試料開車，8月6日成功試運行。陳松介紹，常佑公司20萬噸/年二代生物柴油裝置，在世界上第一次採用液態催化模式對煤焦油加氫裝置進行改造，成功實現了從傳統能源化工向生物燃料和綠色能源產業的轉型升級，促進能源產業新舊動能轉換。

　　「這次合作進展迅速，我們覺得有兩方面原因。一是青島能源所在『均相加氫』方面技術成熟度較高，企業對技術的價值認同度高，雙方有著良好的合作基礎。二是二代生物柴油市場需求和企業轉型升級迫切需求的雙輪驅動，企業決策機制快，使得項目合作短期內得以高效完成。」李學兵總結道。

　　據常佑公司總經理容磊介紹，該裝置一期改造後，二期能力希望擴大一倍，按40萬噸設計改造。在他看來，二代生物柴油作為一個可循環、可持續、健康環保的朝陽產業，具有良好的經濟和社會效益。

　　據陳松預計，二期100萬噸/年生物柴油裝置改造完成後，可實現銷售收入約104億元，年利潤10億元，納稅約4億元/年，提供就業崗位約500個。

　　「中國的可再生能源與生物質燃料的春天即將到來。」陳松興奮地對記者說。

　　（原載於《中國科學報》 2020-09-16 第3版 能源化工）