生物乙烯研究进展

第6卷第1期生物加工过程Jan. 20082008年1月Chinese Journal of Bioprocess Engineering●1●生物乙烯研究进展黄英明',李恒”,黄鑫江”,胡耀池”,胡 燚2(1.中国生物技术发展中心,北京100081;2.南京工业大学制药与生 命科学学院,南京210009)摘要:介绍了 生物乙烯的背景和发展概况,总结了乙醇脱水反应的机理和所用的各类催化剂,分析了生物乙烯产业化中需要解决的关键技术问题,并指出发展生物乙烯有着光明的前景,对石油路线代替战略有着重要的意义。关键词:生物乙烯;催化;脱水;乙醇;机理中图分类号:TQ 221.21文献标识码:A文章编号:1672 -3678(2008)01 -0001 -06Advances of bio-ethyleneHUANG Ying-ming' ,u Heng2 ,HUANG Xin-jiang' , HU Yao-chi2 ,HU Yi2(1. China National Center for Biotechnology Development, Beijing 00081, China;2. Clle of Life Science and Pharmaceutial Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009, China)Abstract :The developmental overview and background of bio-ethylene was described. The dehydrationcatalyst and mechanism of the reaction of ethanol to bio-ethylene was summarized. The key technologicproblems in the industrialization of bio-ethylene were analyzed. Considering the importance of bio ethyl-ene to the strategy of oil-substitute route , the perspective of bio-ethylene is promising.Key words :bio-ethylene; catalysis ; dehydration; ethanol; mechanism乙烯作为最重要的基本有机化工原料之一和契机。石油化工工业的龙头产品,被称为“石油化工之母”,其工业生产的规模、产量和技术水平已成为衡1生物乙烯的发展概况量一个国家化学工业水平的重要标志。世界性的石油资源短缺已成不可逆转之势，导致了石油乙烯生物乙烯以大宗可再生生物质为原料,通过微的生产成本日益升高和市场经济竞争力大大下降。生物发酵得到乙醇,进而在催化剂作用下脱水生成而化工.能源、材料等乙烯衍生物产业对乙烯需求乙烯。20世纪60年代巴西、印度、中国、巴基斯坦的不断快速发展,致使乙烯供需矛盾日益突出(如和秘鲁等国家相继建立了乙醇脱水制乙烯的工业图1.2所示)。这一结果预示着以石油为主要原料装置。20世纪70年代世界能源危机,石油涨价,乙的乙烯工业将面临前所未有的世纪性问题[1-2)。因醇生产乙烯的路线再次受到各国重视。1981 年,美此,必须寻求- -条可持续发展的道路,解决由于石国哈尔康科学设计公司研制成功Syndol的催化剂;油减少所带来的负面影响,这就给生物乙烯-- -即巴西建成3套乙醇脱水制乙烯装置,共计年产乙烯以大宗生物质为起始原料制造乙烯,提供了发展的7.4万t;印度建成4套装置,年产乙烯2.73万以。虽中国煤化工收稿日期:0070-26基金项目:国家科技支撑计划重点资助项目(2006BAD02B04);中石化科研.MYHCNMHG作者简介:黄英明(1974-),男,辽宁建昌人,博士,研究方向:生物化工。联系人:胡赖,博士,讲师,E mail: amit-129@ 163. com生物加工过程第6卷第1期4.0p然后来由石油烃类热裂解生产乙烯的工艺几乎成3.5为乙烯的全部来源,但对乙醇脱水制乙烯的研究一直没有放弃。2004年,我国目前最大的年产2.5-17 000 t的生物乙烯装置在安徽丰原集团成功投产;彭2.0中石化下属的四川维尼纶厂亦具备了年产9000 t能1.5生物乙烯的工业化装置。虽然目前生物乙烯的规N 1.00.5模还无法与现代石油乙烯相比,但他作为一条绿色可持续发展道路已充分显示了强大生命力。200520102020年份2乙醇 脱水制乙烯的反应机理图1 2005 ~2020年间我国乙烯需求[2]1Fig. 1 Chinese equivalent requirement forethylene during 2005 ~ 2020乙醇脱水反应在不同反应条件下的主要产物是乙烯和乙醚,许多研究者致力于研究乙醇脱水的53 r反应机理,但目前对具体的反应过程仍存在争论。有的观点认为乙醇脱水生成乙烯、乙醚的过程是平52 t行反应过程,也有的认为是平行连续反应过程,即存在乙醇脱水先生成乙醚,乙醚进- -步脱水生成乙41 t烯的过程4。Tyijala等[5]用磷酸三甲酯,通过浸渍法及化学表面沉积法改性HZSM-5 ,得到骨架磷改性的分子筛,研究发现,磷改性的HZSM-5催化乙醇脱水的产物只有乙烯和乙醚,其反应机理推测如图3所示。图2 2005 ~ 2020年间我国乙烯自给率(2]Fig.2 Chinese slffcincy degree of(CH)_CH,_HHC>c=c<(CH).CH,(CH)_.CH,cis and transH>c=C