- 生物質(zhì)高值利用邁向產(chǎn)業(yè)化——記科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)項(xiàng)目生物質(zhì)短流程可控?zé)峤庵迫「咂焚|(zhì)液體燃料和炭材料關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用
- 發(fā)布日期：2025-01-26
生物質(zhì)規(guī)模化制備液體燃料和炭材料，是緩解我國(guó)石油對(duì)外依存度和碳減排壓力的關(guān)鍵舉措之一。生物質(zhì)熱解是規(guī)模化制備液體燃料和炭材料的有效途徑，但目前該技術(shù)路徑存在熱解不可控、工藝路線長(zhǎng)、核心反應(yīng)裝備落后等問(wèn)題，產(chǎn)業(yè)化困難。東南大學(xué)、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所等合作完成的“生物質(zhì)短流程可控?zé)峤庵迫「咂焚|(zhì)液體燃料和炭材料關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”技術(shù)成果為解決這一難題帶來(lái)了曙光，于近日獲得了2024年度中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技獎(jiǎng)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
該成果是由東南大學(xué)肖睿教授領(lǐng)銜的項(xiàng)目組，歷經(jīng)近二十年的技術(shù)攻關(guān)開發(fā)完成。首先，技術(shù)團(tuán)隊(duì)建立了基于有效氫碳比調(diào)控的生物質(zhì)可控?zé)峤饧夹g(shù)。他們發(fā)現(xiàn)了熱解過(guò)程含氧自由基縮聚成炭的關(guān)鍵鏈?zhǔn)秸T導(dǎo)效應(yīng)，明晰了氧—碳自由基的交換機(jī)理和相互作用，揭示了以碳中心偶聯(lián)含氧自由基縮聚機(jī)制。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還建立了通過(guò)廢棄富氫原料與生物質(zhì)共熱解提高有效氫碳比抑制縮聚、通過(guò)生物炭回噴增炭促進(jìn)大分子焦油縮聚成炭等基于有效氫碳比的調(diào)控技術(shù)。熱解蒸汽中重質(zhì)焦油含量降低10倍以上，輕質(zhì)羰基化合物含量增加2倍，生物炭產(chǎn)率提高40%。
其次，技術(shù)團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)了熱解油蒸氣和熱解炭短流程原位提質(zhì)新技術(shù)。他們獨(dú)創(chuàng)了利用熱解油蒸氣活潑含氧羰基原位偶聯(lián)增碳和催化分級(jí)脫氧異構(gòu)新技術(shù)，高效合成生物航油直/支鏈組分，碳產(chǎn)率達(dá)28%。技術(shù)團(tuán)隊(duì)基于氧位置與燃燒特性的相互關(guān)系進(jìn)行燃料設(shè)計(jì)，將熱解油蒸氣中氧從支鏈定向轉(zhuǎn)移至主鏈制備長(zhǎng)鏈醇醚類含氧燃料，添加10%到柴油中可減少60%以上碳煙排放。他們還創(chuàng)制了具有“吸氧”功能的氧空位多級(jí)孔道催化劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)含氧基團(tuán)的定向調(diào)控，發(fā)現(xiàn)了高溫下含氧自由基快速刻蝕熱解炭的作用機(jī)理，首創(chuàng)利用自產(chǎn)二氧化碳和水活化熱解炭新方法。與傳統(tǒng)工藝相比，該方法活化時(shí)間縮短了10倍，活性炭制備成本降低60%以上。
最后，技術(shù)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制了生物質(zhì)緊湊式一體化裝備。他們發(fā)明了反應(yīng)器分區(qū)耦聯(lián)一體化構(gòu)建新方法，通過(guò)顆粒在不同反應(yīng)區(qū)循環(huán)流動(dòng)與反應(yīng)，將不同反應(yīng)耦合集成，實(shí)現(xiàn)了可控?zé)峤狻獰峤馓孔曰罨蜔峤庥驼魵庠淮呋D(zhuǎn)化制備高品質(zhì)液體燃料等一體化工藝。技術(shù)團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了高速射流、熱炭循環(huán)等流動(dòng)—傳熱—反應(yīng)耦合強(qiáng)化技術(shù)，提高了反應(yīng)效率和單位體積處理能力，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)更加緊湊。據(jù)此，技術(shù)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制出適合不同場(chǎng)景的單床流化床內(nèi)循環(huán)、雙流化床外循環(huán)等多種類型緊湊式一體化反應(yīng)裝備，并形成系列化產(chǎn)品，進(jìn)而研制出熱解移動(dòng)車，建立了“分散處理、集中精制”新模式，破解了生物質(zhì)收儲(chǔ)運(yùn)難題。
石化聯(lián)合會(huì)組織的專家鑒定顯示，該項(xiàng)目整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中生物質(zhì)定向熱解制備生物航油和醚酯類含氧燃料、內(nèi)循環(huán)串行床反應(yīng)器技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。截至目前，該項(xiàng)目成果獲授權(quán)發(fā)明專利71件，其中美國(guó)專利2件；牽頭制訂行業(yè)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)，發(fā)表論文200余篇。項(xiàng)目成果在江蘇、安徽、河南等20多個(gè)省份實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，并推廣到捷克、西班牙等8個(gè)國(guó)家，建成生產(chǎn)線19條，每年可轉(zhuǎn)化生物質(zhì)320余萬(wàn)噸，減排二氧化碳520余萬(wàn)噸。液體燃料和炭材料產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用到能源、儲(chǔ)能、化工等多個(gè)領(lǐng)域，推動(dòng)了我國(guó)生物質(zhì)高值化利用產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
