第6卷第1期生物加工過(guò)程Jan. 20082008年1月Chinese Journal of Bioprocess Engineering●1●生物乙烯研究進(jìn)展黃英明',李恒”,黃鑫江”,胡耀池”,胡 燚2(1.中國(guó)生物技術(shù)發(fā)展中心,北京100081;2.南京工業(yè)大學(xué)制藥與生 命科學(xué)學(xué)院,南京210009)摘要:介紹了 生物乙烯的背景和發(fā)展概況,總結(jié)了乙醇脫水反應(yīng)的機(jī)理和所用的各類催化劑,分析了生物乙烯產(chǎn)業(yè)化中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,并指出發(fā)展生物乙烯有著光明的前景,對(duì)石油路線代替戰(zhàn)略有著重要的意義。關(guān)鍵詞:生物乙烯;催化;脫水;乙醇;機(jī)理中圖分類號(hào):TQ 221.21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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乙烯作為最重要的基本有機(jī)化工原料之一和契機(jī)。石油化工工業(yè)的龍頭產(chǎn)品,被稱為“石油化工之母”,其工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模、產(chǎn)量和技術(shù)水平已成為衡1生物乙烯的發(fā)展概況量一個(gè)國(guó)家化學(xué)工業(yè)水平的重要標(biāo)志。世界性的石油資源短缺已成不可逆轉(zhuǎn)之勢(shì)，導(dǎo)致了石油乙烯生物乙烯以大宗可再生生物質(zhì)為原料,通過(guò)微的生產(chǎn)成本日益升高和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力大大下降。生物發(fā)酵得到乙醇,進(jìn)而在催化劑作用下脫水生成而化工.能源、材料等乙烯衍生物產(chǎn)業(yè)對(duì)乙烯需求乙烯。20世紀(jì)60年代巴西、印度、中國(guó)、巴基斯坦的不斷快速發(fā)展,致使乙烯供需矛盾日益突出(如和秘魯?shù)葒?guó)家相繼建立了乙醇脫水制乙烯的工業(yè)圖1.2所示)。這一結(jié)果預(yù)示著以石油為主要原料裝置。20世紀(jì)70年代世界能源危機(jī),石油漲價(jià),乙的乙烯工業(yè)將面臨前所未有的世紀(jì)性問(wèn)題[1-2)。因醇生產(chǎn)乙烯的路線再次受到各國(guó)重視。1981 年,美此,必須尋求- -條可持續(xù)發(fā)展的道路,解決由于石國(guó)哈爾康科學(xué)設(shè)計(jì)公司研制成功Syndol的催化劑;油減少所帶來(lái)的負(fù)面影響,這就給生物乙烯-- -即巴西建成3套乙醇脫水制乙烯裝置,共計(jì)年產(chǎn)乙烯以大宗生物質(zhì)為起始原料制造乙烯,提供了發(fā)展的7.4萬(wàn)t;印度建成4套裝置,年產(chǎn)乙烯2.73萬(wàn)以。雖中國(guó)煤化工收稿日期:0070-26基金項(xiàng)目:國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)資助項(xiàng)目(2006BAD02B04);中石化科研.MYHCNMHG作者簡(jiǎn)介:黃英明(1974-),男,遼寧建昌人,博士,研究方向:生物化工。聯(lián)系人:胡賴,博士,講師,E mail: amit-129@ 163. com生物加工過(guò)程第6卷第1期4.0p然后來(lái)由石油烴類熱裂解生產(chǎn)乙烯的工藝幾乎成3.5為乙烯的全部來(lái)源,但對(duì)乙醇脫水制乙烯的研究一直沒(méi)有放棄。2004年,我國(guó)目前最大的年產(chǎn)2.5-17 000 t的生物乙烯裝置在安徽豐原集團(tuán)成功投產(chǎn);彭2.0中石化下屬的四川維尼綸廠亦具備了年產(chǎn)9000 t能1.5生物乙烯的工業(yè)化裝置。雖然目前生物乙烯的規(guī)N 1.00.5模還無(wú)法與現(xiàn)代石油乙烯相比,但他作為一條綠色可持續(xù)發(fā)展道路已充分顯示了強(qiáng)大生命力。200520102020年份2乙醇 脫水制乙烯的反應(yīng)機(jī)理圖1 2005 ~2020年間我國(guó)乙烯需求[2]1Fig. 1 Chinese equivalent requirement forethylene during 2005 ~ 2020乙醇脫水反應(yīng)在不同反應(yīng)條件下的主要產(chǎn)物是乙烯和乙醚,許多研究者致力于研究乙醇脫水的53 r反應(yīng)機(jī)理,但目前對(duì)具體的反應(yīng)過(guò)程仍存在爭(zhēng)論。有的觀點(diǎn)認(rèn)為乙醇脫水生成乙烯、乙醚的過(guò)程是平52 t行反應(yīng)過(guò)程,也有的認(rèn)為是平行連續(xù)反應(yīng)過(guò)程,即存在乙醇脫水先生成乙醚,乙醚進(jìn)- -步脫水生成乙41 t烯的過(guò)程4。Tyijala等[5]用磷酸三甲酯,通過(guò)浸漬法及化學(xué)表面沉積法改性HZSM-5 ,得到骨架磷改性的分子篩,研究發(fā)現(xiàn),磷改性的HZSM-5催化乙醇脫水的產(chǎn)物只有乙烯和乙醚,其反應(yīng)機(jī)理推測(cè)如圖3所示。圖2 2005 ~ 2020年間我國(guó)乙烯自給率(2]Fig.2 Chinese slffcincy degree of(CH)_CH,_HHC>c=c<(CH).CH,(CH)_.CH,cis and transH>c=C