ZKBH均相加氫技術(shù)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(wú)色無(wú)味的二代生物柴油樣品，裝在瓶中透亮見(jiàn)底——在中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)青島能源所)，記者見(jiàn)到兩瓶截然不同的油品取樣。

通過(guò)“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(zhēng)糧、爭(zhēng)地等問(wèn)題，因此備受行業(yè)青睞。然而，生產(chǎn)技術(shù)難度大也一直是阻礙二代生物柴油實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的“絆腳石”。

好消息是，近日，青島能源所與河北常青集團(tuán)石家莊常佑生物能源有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)常佑公司)聯(lián)合攻克了沸騰床改造均相加氫工藝生產(chǎn)二代生物柴油技術(shù)，并在常佑公司20萬(wàn)噸/年規(guī)模二代生物柴油生產(chǎn)裝置上實(shí)現(xiàn)成功開(kāi)車(chē)。

這也標(biāo)志著，青島能源所開(kāi)發(fā)的“ZKBH均相加氫技術(shù)”成為世界首個(gè)采用液態(tài)分子催化成功量產(chǎn)商業(yè)化二代生物柴油的技術(shù)。

“在芬蘭、美國(guó)等國(guó)家加氫生產(chǎn)二代生物柴油技術(shù)領(lǐng)域長(zhǎng)期領(lǐng)先中國(guó)10余年的背景下，該技術(shù)的誕生具有里程碑的意義。”該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、青島能源所研究員陳松告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“目前，全部裝置各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)穩(wěn)定，在生產(chǎn)中可實(shí)現(xiàn)高達(dá)80%以上的生物柴油收率，達(dá)到世界先進(jìn)水平，產(chǎn)品質(zhì)量滿(mǎn)足出口歐盟標(biāo)準(zhǔn)。”

二代生物柴油成完美替代者

今年4月，國(guó)家能源局發(fā)布的《中華人民共和國(guó)能源法(征求意見(jiàn)稿)》提出，國(guó)家鼓勵(lì)高效清潔開(kāi)發(fā)利用能源資源，支持優(yōu)先開(kāi)發(fā)可再生能源。

國(guó)家發(fā)展替代能源的政策主要是以新能源替代傳統(tǒng)能源，以?xún)?yōu)勢(shì)能源替代稀缺能源，以可再生能源替代化石能源。未來(lái)，對(duì)可再生能源的布局是國(guó)家能源的重點(diǎn)方向，生物質(zhì)能源將扮演重要角色。

“生物柴油，作為一種新興的能源，擴(kuò)充了國(guó)家能源的結(jié)構(gòu)和組成，解決了化石柴油存在的諸多問(wèn)題。”陳松表示，生物柴油既完善和優(yōu)化了能源結(jié)構(gòu)，補(bǔ)充了國(guó)家在能源戰(zhàn)略上的短板，又充分利用和節(jié)約了資源，最大限度降低了對(duì)環(huán)境的破壞，減少碳排放，是一個(gè)可循環(huán)、可持續(xù)、健康環(huán)保的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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

“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，第一代生物柴油和第二代生物柴油的生產(chǎn)原料相同，但是采用不同的生產(chǎn)工藝，分別為酯交換和催化加氫。兩者得到的產(chǎn)品化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，第二代生物柴油與石油基柴油屬于同性質(zhì)產(chǎn)品，是高質(zhì)量柴油，不影響柴油儲(chǔ)運(yùn)，不影響發(fā)動(dòng)機(jī)和尾氣處理。”陳松介紹說(shuō)。

從產(chǎn)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(xué)結(jié)構(gòu)上與柴油完全相同，具有與柴油相近的黏度和發(fā)熱值，具有較低的密度和較高的十六烷值、硫含量較低、傾點(diǎn)低以及與柴油相當(dāng)?shù)难趸捕ㄐ缘葍?yōu)勢(shì)。

與此同時(shí)，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污染物排放(包括SOx、NOx)，還可以減少顆粒物排放量，并且能大大減少發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)垢，噪聲明顯下降。

自主研發(fā)ZKBH均相加氫技術(shù)

然而，在世界范圍內(nèi)，第二代生物柴油生產(chǎn)技術(shù)難度高，現(xiàn)有主流裝置全部采用固定床生產(chǎn)，固定床加氫技術(shù)是目前工業(yè)應(yīng)用最多、發(fā)展最快的加氫技術(shù)。但是，固定床加氫對(duì)原料要求較高，催化劑容易喪失活性，特別對(duì)含磷、含硅量較高的油料來(lái)說(shuō)，容易受影響中毒降低反應(yīng)活性，導(dǎo)致產(chǎn)量有限。而生產(chǎn)生物柴油的原料成分比較復(fù)雜，雜質(zhì)多、酸值高，直接用固定床加氫困難大。

記者采訪獲悉，此前，擁有第二代生產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)在全球屈指可數(shù)，主要掌握在芬蘭、意大利、美國(guó)、丹麥、巴西等國(guó)的少數(shù)幾家公司手里。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(chǎn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能80萬(wàn)噸/年，裝置投資達(dá)5.5億歐元，是目前全球產(chǎn)能最大的生物柴油裝置。在技術(shù)上，以固定床加氫為主流技術(shù)，但固定床投資規(guī)模很大，基本為1億美元/10萬(wàn)噸，對(duì)催化劑要求也極高。

陳松團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的“ZKBH均相加氫”技術(shù)借鑒了懸浮床的優(yōu)勢(shì)，并利用沸騰床渣油加氫的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)開(kāi)發(fā)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于粉化的問(wèn)題。同時(shí)，液體催化劑可以與青島能源所自主研發(fā)的半陶瓷化抗水固態(tài)催化劑協(xié)同，實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)化率，并保障工業(yè)裝置長(zhǎng)期運(yùn)行的生產(chǎn)穩(wěn)定性。

經(jīng)過(guò)工業(yè)化驗(yàn)證，陳松團(tuán)隊(duì)的產(chǎn)品收率達(dá)到世界領(lǐng)先水平，產(chǎn)品質(zhì)量滿(mǎn)足出口歐盟標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)目的成功開(kāi)車(chē)，標(biāo)志著中國(guó)擁有了生產(chǎn)二代生物柴油自主產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)技術(shù)。

春天即將到來(lái)

談到二代生物柴油技術(shù)成果的研發(fā)生產(chǎn)過(guò)程，青島能源所多相催化轉(zhuǎn)化研究組負(fù)責(zé)人、研究員李學(xué)兵表示，這項(xiàng)技術(shù)成果凝聚了團(tuán)隊(duì)的智慧與心血，是產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的結(jié)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(kāi)發(fā)出先進(jìn)的“ZKBH均相加氫”技術(shù)。其特征是采用液體催化劑和均相加氫反應(yīng)器設(shè)計(jì)，可加工全組分廢棄礦物油和可再生生物油脂，實(shí)現(xiàn)廢棄油脂的資源循環(huán)利用，更適用于制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(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過(guò)調(diào)研后與青島能源所進(jìn)行合作。5月，青島能源所提出液態(tài)催化沸騰床加氫耦合固態(tài)催化加氫脫氧提質(zhì)的ZKBH工業(yè)化技術(shù)改造方案，并迅速在常佑公司啟動(dòng)，一期目標(biāo)處理20萬(wàn)噸生物質(zhì)油脂生產(chǎn)二代生物柴油。

7月30日，雙方完成所有設(shè)備調(diào)整和工藝流程改造施工，啟動(dòng)裝置正式試料開(kāi)車(chē)，8月6日成功試運(yùn)行。陳松介紹，常佑公司20萬(wàn)噸/年二代生物柴油裝置，在世界上第一次采用液態(tài)催化模式對(duì)煤焦油加氫裝置進(jìn)行改造，成功實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)能源化工向生物燃料和綠色能源產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)能源產(chǎn)業(yè)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換。

“這次合作進(jìn)展迅速，我們覺(jué)得有兩方面原因。一是青島能源所在‘均相加氫’方面技術(shù)成熟度較高，企業(yè)對(duì)技術(shù)的價(jià)值認(rèn)同度高，雙方有著良好的合作基礎(chǔ)。二是二代生物柴油市場(chǎng)需求和企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)迫切需求的雙輪驅(qū)動(dòng)，企業(yè)決策機(jī)制快，使得項(xiàng)目合作短期內(nèi)得以高效完成。”李學(xué)兵總結(jié)道。

據(jù)常佑公司總經(jīng)理容磊介紹，該裝置一期改造后，二期能力希望擴(kuò)大一倍，按40萬(wàn)噸設(shè)計(jì)改造。在他看來(lái)，二代生物柴油作為一個(gè)可循環(huán)、可持續(xù)、健康環(huán)保的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

據(jù)陳松預(yù)計(jì)，二期100萬(wàn)噸/年生物柴油裝置改造完成后，可實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入約104億元，年利潤(rùn)10億元，納稅約4億元/年，提供就業(yè)崗位約500個(gè)。

“中國(guó)的可再生能源與生物質(zhì)燃料的春天即將到來(lái)。”陳松興奮地對(duì)記者說(shuō)。