1、生物煉制、生物基化學(xué)品及生物質(zhì)水熱轉(zhuǎn)化生物煉制、生物基化學(xué)品及生物質(zhì)水熱轉(zhuǎn)化生物質(zhì)生物質(zhì)生物質(zhì)種類繁多，總量巨大生物質(zhì)種類繁多，總量巨大生物質(zhì)結(jié)構(gòu)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)生物能源的歷史沿革生物能源的歷史沿革工業(yè)革命之前工業(yè)革命之前主要的能量（熱量、主要的能量（熱量、蒸汽）等及煉鐵的焦蒸汽）等及煉鐵的焦炭等來源炭等來源煤的使用煤的使用石油的大規(guī)模煉制石油的大規(guī)模煉制生物能源研究重新興起生物能源研究重新興起生物質(zhì)能源的應(yīng)用形式生物質(zhì)能源的應(yīng)用形式 基于化石資源的傳統(tǒng)化工利用不可再生的化石基于化石資源的傳統(tǒng)化工利用不可再生的化石資源，集中的生產(chǎn)方式，高效的生產(chǎn)效率，創(chuàng)造資源，集中的生產(chǎn)方式，高效的生產(chǎn)效率，創(chuàng)造了

2、大量的物質(zhì)財(cái)富，滿足了人類的物質(zhì)生活需要，了大量的物質(zhì)財(cái)富，滿足了人類的物質(zhì)生活需要，開創(chuàng)了當(dāng)今的繁華盛世。開創(chuàng)了當(dāng)今的繁華盛世?；诨Y源的傳統(tǒng)化工的巨大成就核心技術(shù)開發(fā)催化裂化催化裂化固定床固定床移動床移動床提升管提升管原料原料:穩(wěn)定穩(wěn)定 大規(guī)模供應(yīng)大規(guī)模供應(yīng)技術(shù)技術(shù):催化劑催化劑 工藝工藝產(chǎn)品產(chǎn)品:燃料燃料,化學(xué)品化學(xué)品煤化工及石油化工對生物質(zhì)利用的啟示煤化工及石油化工對生物質(zhì)利用的啟示 熱電廠熱電廠 2.8 Billion Ton2.8 Billion Ton微藻及其他生物質(zhì)微藻及其他生物質(zhì)COCO2 2EmissionEmissionAdsorptionAdsorption低碳工業(yè)

3、低碳工業(yè) 石油化工石油化工1.1 Billion Ton1.1 Billion Ton黑色金屬黑色金屬 0.6 Billion Ton0.6 Billion Ton 水泥化工水泥化工0.9 Billion Ton0.9 Billion Ton二氧化碳減排二氧化碳減排煤化工及石油化工對生物質(zhì)利用的啟示煤化工及石油化工對生物質(zhì)利用的啟示不可再生的”碳?xì)浠衔?hydrocarbons ) ”時(shí)代燃料和化學(xué)工業(yè)可再生的”碳水化合物(carbohydrates) ”時(shí)代生物質(zhì)煉制：生物催化與化學(xué)催化的有機(jī)結(jié)合生物煉制：生物煉制：以可再生的生物質(zhì)為原料，經(jīng)過生物、化學(xué)、以可再生的生物質(zhì)為原料，經(jīng)過生物、

4、化學(xué)、物理方法或這幾種方法集成的方法，生產(chǎn)一系列化學(xué)品、物理方法或這幾種方法集成的方法，生產(chǎn)一系列化學(xué)品、材料與能源的新型工業(yè)模式。材料與能源的新型工業(yè)模式。ScienceScience, 2006, 311: 484-498, 2006, 311: 484-498燃料燃料化學(xué)品化學(xué)品材料材料生物合成氣平臺生物合成氣平臺熱、電熱、電生物質(zhì)生物質(zhì)生物催化生物催化化學(xué)催化化學(xué)催化物理方法物理方法NRELs Definition 美國國家再生能源實(shí)驗(yàn)室美國國家再生能源實(shí)驗(yàn)室（U.S. National Renewable Energy Laboratory, NRELU.S. National Re

5、newable Energy Laboratory, NREL）: : 以生物質(zhì)為原料，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化工藝和設(shè)備相結(jié)合，用以生物質(zhì)為原料，將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化工藝和設(shè)備相結(jié)合，用來生產(chǎn)燃料、電熱能和化學(xué)產(chǎn)品集成的裝置。來生產(chǎn)燃料、電熱能和化學(xué)產(chǎn)品集成的裝置。 平臺化合物平臺化合物基礎(chǔ)原料基礎(chǔ)原料成份分離成份分離SGSGC2C2C3C3C5C5C6C6C4C4高分子材料高分子材料淀粉淀粉半纖維素半纖維素纖維素纖維素木質(zhì)素木質(zhì)素油脂油脂蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)碳水化合物碳水化合物糖平臺糖平臺 葡萄糖葡萄糖 果糖果糖甘露糖甘露糖半乳糖半乳糖 木糖木糖 阿拉伯糖阿拉伯糖熱化學(xué)平臺熱化學(xué)平臺生物質(zhì)生物質(zhì)生 物 質(zhì)H H2 2

6、、甲烷、甲烷混合醇混合醇 衣康酸衣康酸 乙酰丙酸乙酰丙酸富馬酸富馬酸丁二酸丁二酸天冬氨酸天冬氨酸蘋果酸蘋果酸檸檬酸檸檬酸葡萄糖酸葡萄糖酸山梨醇山梨醇乳酸、甘油乳酸、甘油丙烯酸丙烯酸3- 3-羥基丙酸羥基丙酸乙醇、乙烯乙醇、乙烯生物煉制過程與產(chǎn)品生物煉制過程與產(chǎn)品石油煉制石油煉制生物煉制生物煉制粗原料粗原料終產(chǎn)品終產(chǎn)品原料原料中間體中間體平臺平臺化合物化合物衍生衍生化學(xué)品化學(xué)品合成合成中間體中間體石油基平臺化合物的生物替代l 生物基產(chǎn)品占石化產(chǎn)品總額從生物基產(chǎn)品占石化產(chǎn)品總額從20002000年的不到年的不到1%1%，增長到，增長到20082008年的年的6%6%，并每年以高于并每年以高于30%

7、30%的速度增長，生物基塑料更是以的速度增長，生物基塑料更是以38%38%的速度增長。的速度增長。l OECDOECD預(yù)測：至預(yù)測：至20302030年，將有年，將有35%35%化學(xué)品和其它工業(yè)產(chǎn)品來自生物制造。化學(xué)品和其它工業(yè)產(chǎn)品來自生物制造。l 美國：到美國：到20302030年替代年替代25%25%有機(jī)化學(xué)品和有機(jī)化學(xué)品和20%20%的石油燃料。的石油燃料。l 歐盟：化學(xué)品替代歐盟：化學(xué)品替代10-20%10-20%， 其中化工原料替代其中化工原料替代6-12%6-12%，精細(xì)化學(xué)品替，精細(xì)化學(xué)品替代代30-60%30-60%。工業(yè)工業(yè) 39%農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)36%醫(yī)藥醫(yī)藥25%2030年：生物

8、技術(shù)的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)與環(huán)境效益年：生物技術(shù)的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)與環(huán)境效益 l杜邦公司剝離石油資產(chǎn)，購買了生物技術(shù)公司和組織農(nóng)業(yè)綜合企業(yè)，未來3年將向應(yīng)用生物技術(shù)部門投資5億美元，并將2010年銷售額的25%定位于生物質(zhì)產(chǎn)品。l歐洲BASF、DSM、Lonza、Degussa和Roche等大型跨國公司已紛紛轉(zhuǎn)向工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域，并已有產(chǎn)品投放市場。lDowpharma，Cambrex和Archimica等精細(xì)化工公司，主要通過收購其他相關(guān)公司來大幅度增強(qiáng)其生物催化研發(fā)能力。lIBM、Microsoft等IT巨頭也紛紛涉足生物技術(shù)的研究與開發(fā)lAmano Enzyme, Codexis，BioCatalytics

9、, Novozymes，Bioverdent等大型跨國公司十分關(guān)注中國市場的開發(fā)，紛紛在我國設(shè)立以生物制造為核心技術(shù)的分支研發(fā)機(jī)構(gòu)或工廠，必將對我國新興生物制造產(chǎn)業(yè)形成新一輪的沖擊。資料來自資料來自EuropaBio主席主席Sijbesma F報(bào)告報(bào)告v 廢水降低廢水降低65v 能耗降低能耗降低65v 成本降低成本降低50傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法10步化學(xué)合成步化學(xué)合成生物法生物法1步發(fā)酵步發(fā)酵+酶法酶法v 原料降低原料降低37% v 能耗降低能耗降低30%v CO2減排減排63% 傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法化學(xué)法化學(xué)法生物法生物法工程菌發(fā)酵工程菌發(fā)酵精細(xì)化學(xué)品精細(xì)化學(xué)品大宗化學(xué)品大宗化學(xué)品v 蒸汽降低蒸汽降低

10、80v 電耗降低電耗降低67v CO2降低降低80v原料降低原料降低8 v質(zhì)量顯著提升質(zhì)量顯著提升傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法硫酸或銅催化水合硫酸或銅催化水合生物法生物法全細(xì)胞催化全細(xì)胞催化大宗化學(xué)品大宗化學(xué)品乳酸聚乳酸糖丙烯酸催化脫水發(fā)酵 1mol 葡萄糖可以生成葡萄糖可以生成 2mol乳酸，理論上乳酸，理論上 1 噸糖可得噸糖可得 1 噸噸乳酸，實(shí)際轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到乳酸，實(shí)際轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到 90 95。聚乳酸聚乳酸可再生資源可再生資源乳酸乳酸生物相容生物相容性材料性材料生物可降生物可降解塑料解塑料聚乳酸聚乳酸 良好的機(jī)械性能和物理性能良好的機(jī)械性能和物理性能紡織品紡織品 良好的生物可降解性良好的生物可降

11、解性包裝材料包裝材料 良好的生物相容性良好的生物相容性醫(yī)藥領(lǐng)域醫(yī)藥領(lǐng)域Cargill Developed PLA Process20012001年年Cargill DowCargill Dow公司年產(chǎn)聚乳酸公司年產(chǎn)聚乳酸1414萬噸的工廠投產(chǎn)。萬噸的工廠投產(chǎn)。 20202020年世界聚乳酸需求量每年達(dá)年世界聚乳酸需求量每年達(dá)1150115023002300萬噸。萬噸。丙烯酸丙烯酸乳酸乳酸 發(fā)酵發(fā)酵 脫水脫水 多步反應(yīng)多步反應(yīng)2010年丙烯酸需求量達(dá)到116萬噸 l一種新型的聚酯材料，它與聚對苯二甲酸乙二酯（一種新型的聚酯材料，它與聚對苯二甲酸乙二酯（PETPET）和聚對苯二甲酸丁二酯（）和聚對

12、苯二甲酸丁二酯（PBTPBT）相比具有更優(yōu)良的特性。相比具有更優(yōu)良的特性。l尼龍樣的彈性恢復(fù)，在全色范圍內(nèi)無需添加特殊化學(xué)品即能呈現(xiàn)良好的連續(xù)印染特性，尼龍樣的彈性恢復(fù)，在全色范圍內(nèi)無需添加特殊化學(xué)品即能呈現(xiàn)良好的連續(xù)印染特性，抗紫外、臭氧和氮氧化合物的著色性，抗內(nèi)應(yīng)力，低水吸附，低靜電以及良好生物降解抗紫外、臭氧和氮氧化合物的著色性，抗內(nèi)應(yīng)力，低水吸附，低靜電以及良好生物降解性能等。性能等。l這些特性顯示出這些特性顯示出PTTPTT美好的工業(yè)化前景，它不僅可以作為新型合成纖維在地毯和紡織品美好的工業(yè)化前景，它不僅可以作為新型合成纖維在地毯和紡織品方面有著廣闊的應(yīng)用前景，而且在工程熱塑性塑料領(lǐng)

13、域也有巨大的應(yīng)用潛力，因此方面有著廣闊的應(yīng)用前景，而且在工程熱塑性塑料領(lǐng)域也有巨大的應(yīng)用潛力，因此PTTPTT將成為將成為PETPET、PBTPBT、尼龍、尼龍6666等聚合物的強(qiáng)勁競爭對手。等聚合物的強(qiáng)勁競爭對手。PTT乙烯乙烯聚聚乙乙烯烯環(huán)環(huán)氧氧乙乙烷烷乙二醇乙二醇 苯乙烯苯乙烯乙丙橡膠乙丙橡膠VAE乙烯是生產(chǎn)有機(jī)化工產(chǎn)品最重要的基礎(chǔ)原料，乙烯是生產(chǎn)有機(jī)化工產(chǎn)品最重要的基礎(chǔ)原料，是生產(chǎn)高分子材料用量最大的原料單體是生產(chǎn)高分子材料用量最大的原料單體生物生物乙烯乙烯到到2020年乙烯的自給率不超過年乙烯的自給率不超過58%。發(fā)展生物乙烯是保障我國能源安全和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必由。發(fā)展生物乙烯

14、是保障我國能源安全和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，是石油替代戰(zhàn)略的重要內(nèi)容，是石油乙烯的重要補(bǔ)充，是發(fā)展生物基大宗化學(xué)品和生物基材之路，是石油替代戰(zhàn)略的重要內(nèi)容，是石油乙烯的重要補(bǔ)充，是發(fā)展生物基大宗化學(xué)品和生物基材料產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。料產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。研究背景研究背景乙烯需求乙烯需求乙烯應(yīng)用乙烯應(yīng)用 原料來源廣泛，可再生 反應(yīng)條件溫和 工藝流程簡單，操作方便 裝置能耗低，裝置設(shè)備少 建廠不受地域性限制 裝置投資低，占地面積小， 建設(shè)周期短，投資回收快 環(huán)境友好生物乙烯特點(diǎn)石油基乙烯石油基乙烯蒸汽裂解工藝 乙醇脫水制乙烯工藝 優(yōu)勢優(yōu)勢低成本乙醇生產(chǎn)技術(shù)低成本乙醇生產(chǎn)技術(shù)新型反應(yīng)器設(shè)計(jì)新型反應(yīng)器設(shè)計(jì)高性能

15、脫水催化劑高性能脫水催化劑生物乙烯生產(chǎn)工藝生物乙烯生產(chǎn)工藝系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成生物乙烯產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)工藝耦合一體化設(shè)計(jì)工藝耦合一體化設(shè)計(jì)高效節(jié)能分離系統(tǒng)高效節(jié)能分離系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)1：低成本乙醇生產(chǎn)技術(shù)研究秸稈秸稈（木質(zhì)纖維素）（木質(zhì)纖維素）木薯木薯甜高粱甜高粱北京化工大學(xué)北京化工大學(xué)中科院微生物中科院微生物研究所研究所南京工業(yè)大學(xué)南京工業(yè)大學(xué)玉米玉米以非糧原料替代糧食原料生產(chǎn)以非糧原料替代糧食原料生產(chǎn)乙醇，直接從源頭上降低生物乙醇，直接從源頭上降低生物乙烯的生產(chǎn)成本，保障生物乙乙烯的生產(chǎn)成本，保障生物乙烯原料供給。烯原料供給。強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手聯(lián)合攻關(guān)聯(lián)合攻關(guān)天津科技大學(xué)天津科技大學(xué)山東大學(xué)山東大學(xué)中

16、國農(nóng)科院中國農(nóng)科院南京工業(yè)大學(xué)南京工業(yè)大學(xué)江南大學(xué)江南大學(xué)南京工業(yè)大學(xué)南京工業(yè)大學(xué)安徽豐原集團(tuán)安徽豐原集團(tuán)中石化、中糧中石化、中糧纖維素乙醇工藝路線纖維素乙醇工藝路線甜高粱汁的發(fā)酵工藝甜高粱汁的發(fā)酵工藝木薯原料發(fā)酵高濃度乙醇木薯原料發(fā)酵高濃度乙醇聯(lián)合中石化進(jìn)行聯(lián)合中石化進(jìn)行3000噸噸/年年秸稈處理量的木質(zhì)纖維素乙醇的成套工藝中試研究，秸稈處理量的木質(zhì)纖維素乙醇的成套工藝中試研究，聯(lián)合中糧在黑龍江肇東建成聯(lián)合中糧在黑龍江肇東建成500噸噸/年年纖維素乙醇的中試生產(chǎn)線。纖維素乙醇的中試生產(chǎn)線。 纖維素乙醇生產(chǎn)工藝研究木質(zhì)纖維預(yù)處理技術(shù)木質(zhì)纖維預(yù)處理技術(shù)酶制備技術(shù)與纖維素酶水解技術(shù)酶制備技術(shù)與纖維

17、素酶水解技術(shù)菌株與發(fā)酵技術(shù)菌株與發(fā)酵技術(shù)低能耗的糖液、乙醇提濃技術(shù)低能耗的糖液、乙醇提濃技術(shù)木質(zhì)素綜合利用技術(shù)木質(zhì)素綜合利用技術(shù)主要解決以下問題：主要解決以下問題：采用稀酸采用稀酸/ /蒸爆蒸爆( (螺桿造壓爆破螺桿造壓爆破) )聯(lián)合預(yù)處理技術(shù)，建立了一套低成本、高效、快速的聯(lián)合預(yù)處理技術(shù)，建立了一套低成本、高效、快速的纖維素預(yù)處理工藝技術(shù)，纖維素預(yù)處理工藝技術(shù)，戊糖得率戊糖得率85%85%以上。以上。實(shí)現(xiàn)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)針對纖維素原料預(yù)處理周期長、效率低、成本高的問題針對纖維素原料預(yù)處理周期長、效率低、成本高的問題80型螺桿蒸爆裝置型螺桿蒸爆裝置 150型螺桿蒸爆裝置型螺桿蒸爆裝置150型螺桿蒸

18、爆裝置型螺桿蒸爆裝置 實(shí)現(xiàn)連實(shí)現(xiàn)連 續(xù)蒸爆續(xù)蒸爆 三段式螺桿蒸爆裝置三段式螺桿蒸爆裝置 u篩選獲得高活力纖維素酶菌，采用篩選獲得高活力纖維素酶菌，采用液體深層發(fā)酵液體深層發(fā)酵制備纖維素酶技術(shù)，降低纖維素制備纖維素酶技術(shù)，降低纖維素酶生產(chǎn)成本，纖維素水解得率可達(dá)酶生產(chǎn)成本，纖維素水解得率可達(dá)85%85%以上以上。u對商品纖維素酶進(jìn)行了比選及復(fù)配，較單一纖維素酶，多種酶系成分協(xié)同作用，對商品纖維素酶進(jìn)行了比選及復(fù)配，較單一纖維素酶，多種酶系成分協(xié)同作用，其纖維素酶的其纖維素酶的水解效率提高了水解效率提高了30%以上，以上，總糖濃度達(dá)總糖濃度達(dá)33.6 g/L。u設(shè)計(jì)加工了設(shè)計(jì)加工了適用于適用于高底

19、物濃度高底物濃度酶解的酶解的新型新型臥式酶解反應(yīng)器，臥式酶解反應(yīng)器，底物濃度可以底物濃度可以達(dá)到達(dá)到30%以上，以上，總糖濃度可以達(dá)到總糖濃度可以達(dá)到250g/L以上以上。針對纖維素酶酶解效率低的問題針對纖維素酶酶解效率低的問題實(shí)現(xiàn)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)立式內(nèi)攪拌立式內(nèi)攪拌 攪拌槳攪拌槳 A A-二框板；B-三框板，C-翅型，D-雙螺帶 BCD臥式內(nèi)攪拌臥式內(nèi)攪拌 A：一擋板，B：二擋板，C：三擋板，D：四擋板， 攪拌槳攪拌槳 ACBD 甜高粱汁發(fā)酵生產(chǎn)乙醇工藝研究研究以研究以乙酸水解預(yù)處理甜高粱渣半纖乙酸水解預(yù)處理甜高粱渣半纖維維素，制糖發(fā)酵生產(chǎn)的新工藝技術(shù)，素，制糖發(fā)酵生產(chǎn)的新工藝技術(shù)，降低酸的用量

20、，生產(chǎn)工藝綠色化，降低酸的用量，生產(chǎn)工藝綠色化，水水解半纖維素在解半纖維素在80%以上以上，制糖得率在制糖得率在0.5克克/克甜高粱渣?？颂鸶吡辉?。采用采用固定化細(xì)胞反應(yīng)器固定化細(xì)胞反應(yīng)器，利用甜，利用甜高粱桿榨汁廢渣進(jìn)行高粱桿榨汁廢渣進(jìn)行固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵。乙醇濃度固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵。乙醇濃度高達(dá)高達(dá)15%，糖糖轉(zhuǎn)化率達(dá)到轉(zhuǎn)化率達(dá)到96以以上，上，連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵30天天。針對傳統(tǒng)水解法水解液含鹽類過高針對傳統(tǒng)水解法水解液含鹽類過高,后處理廢物對環(huán)境不友好的問題：后處理廢物對環(huán)境不友好的問題：針對發(fā)酵生產(chǎn)過程中效率低的問題針對發(fā)酵生產(chǎn)過程中效率低的問題 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 木薯原料發(fā)酵產(chǎn)乙醇研

21、究木薯原料發(fā)酵產(chǎn)乙醇研究研究多酶系和酵母糖化發(fā)酵機(jī)理建立研究多酶系和酵母糖化發(fā)酵機(jī)理建立“糖化糖化-發(fā)酵發(fā)酵”耦合耦合動力學(xué)模型，控制動力學(xué)模型，控制發(fā)酵過程物流平衡。發(fā)酵過程物流平衡。發(fā)酵周期發(fā)酵周期縮短縮短12 h左右，左右，酒度酒度提高提高0.6度，度，原料原料相對出相對出酒率提高酒率提高4.6%，最大限度消除酒精濃醪發(fā)酵過程中的前期高滲抑制與后期，最大限度消除酒精濃醪發(fā)酵過程中的前期高滲抑制與后期糖化速度限制從而提高濃醪發(fā)酵速度糖化速度限制從而提高濃醪發(fā)酵速度(提高了提高了15%)。針對單一淀粉酶降解效率低針對單一淀粉酶降解效率低 發(fā)酵周期長的問題發(fā)酵周期長的問題 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 高

22、產(chǎn)乙醇菌種構(gòu)建研究高產(chǎn)乙醇菌種構(gòu)建研究u 降低原料對乙醇的轉(zhuǎn)化率，增加生產(chǎn)中的原料成本降低原料對乙醇的轉(zhuǎn)化率，增加生產(chǎn)中的原料成本 。u 嚴(yán)重影響催化劑壽命。嚴(yán)重影響催化劑壽命。解決措施：基因工程菌的構(gòu)建解決措施：基因工程菌的構(gòu)建 采用代謝工程及基因工程等技術(shù)手段，優(yōu)化糖代謝網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建低產(chǎn)高級醇的酵母菌種。初步完成低產(chǎn)高級醇酵母菌株的構(gòu)建工作初步完成低產(chǎn)高級醇酵母菌株的構(gòu)建工作高級醇總量下降了高級醇總量下降了60%。關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)2:高性能脫水催化劑研究高性能脫水催化劑研究分子篩催化劑分子篩催化劑氧化鋁催化劑氧化鋁催化劑反應(yīng)溫度高，空速低，反應(yīng)溫度高，空速低，穩(wěn)定性好，壽命長。穩(wěn)定性好，壽命

23、長。反應(yīng)溫度低、空速反應(yīng)溫度低、空速高；抗積碳能力差、高；抗積碳能力差、壽命短。壽命短。通過金屬負(fù)載，調(diào)整催化通過金屬負(fù)載，調(diào)整催化劑的表面性能，提高原料劑的表面性能，提高原料處理能力和乙烯選擇性，處理能力和乙烯選擇性，減少副反應(yīng)減少副反應(yīng)通過篩選合適的載體、尋找載體通過篩選合適的載體、尋找載體改性及成型方法，提高催化劑抗改性及成型方法，提高催化劑抗積碳能力和水熱穩(wěn)定性，延長催積碳能力和水熱穩(wěn)定性，延長催化使用壽命化使用壽命催化劑特性催化劑特性研究內(nèi)容研究內(nèi)容相互借鑒、相互借鑒、取長補(bǔ)短取長補(bǔ)短現(xiàn)有工藝使用的催化劑現(xiàn)有工藝使用的催化劑具有開發(fā)前景的催化劑具有開發(fā)前景的催化劑 高性能高性能-Al

24、2O3 合成與改性研究合成與改性研究-Al2O3 沉淀法沉淀法溶膠溶膠-凝膠法凝膠法 鐵浸漬改性鐵浸漬改性 0.5%Fe/-Al2O3 反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度380 乙醇濃度乙醇濃度92.4wt% 空速空速1.2 h-1 ，乙醇轉(zhuǎn)化率和乙烯選擇性分別，乙醇轉(zhuǎn)化率和乙烯選擇性分別為為99.9%和和98.6% 非離子模板劑非離子模板劑P123以異丙醇鋁為鋁源，乙醇為溶劑以異丙醇鋁為鋁源，乙醇為溶劑 反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度380 ，無水乙醇，空速，無水乙醇，空速2.5 h-1時(shí)，時(shí)，乙醇乙醇轉(zhuǎn)化率和乙烯選擇性分別能達(dá)到轉(zhuǎn)化率和乙烯選擇性分別能達(dá)到98.2%和和99.8% 介孔介孔-Al2O3 鐵浸漬改性鐵浸漬改

25、性 現(xiàn)有現(xiàn)有-Al2O3的反應(yīng)溫度的反應(yīng)溫度380 ，轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率98%，選擇性，選擇性96%，空速，空速0.6-0.8h-1。轉(zhuǎn)化率、乙。轉(zhuǎn)化率、乙烯選擇性和反應(yīng)空速都得以提高。烯選擇性和反應(yīng)空速都得以提高。1%Fe/介孔介孔-Al2O3成型研究成型研究潤滑劑、粘合劑潤滑劑、粘合劑等助劑的添加等助劑的添加合適的粒徑、粒度合適的粒徑、粒度分布、比表面積分布、比表面積催化活性與選擇性催化活性與選擇性等催化性能考察等催化性能考察合適的表面酸性、合適的表面酸性、孔體積及空隙率孔體積及空隙率v 強(qiáng)度強(qiáng)度: 12N/mmv 抗粉化能力抗粉化能力: 1年年v 乙醇轉(zhuǎn)化率乙醇轉(zhuǎn)化率: 98%99%v 乙烯

26、選擇性乙烯選擇性: 98%99% v 催化劑壽命：催化劑壽命：31天天成型后的性能參數(shù)成型后的性能參數(shù) 高性能高性能HZSM-5分子篩催化劑研究分子篩催化劑研究 載體復(fù)合改性和工藝條件優(yōu)化HZSM-5助劑助劑La和和K含量含量反應(yīng)物乙醇濃度反應(yīng)物乙醇濃度催化劑焙燒溫度催化劑焙燒溫度反應(yīng)空速反應(yīng)空速反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度優(yōu)化優(yōu)化工藝工藝金屬金屬元素元素3%La-K/HZSM-5非金屬非金屬元素元素壽命壽命試驗(yàn)試驗(yàn)放大放大試驗(yàn)試驗(yàn)La3+、Ce3+、Sm3+、Eu3+ Mg2+、Ca2+、 Sr2+ 、Ba2+ 鋅、鐵、鋅、鐵、錳、鈷、錳、鈷、鎘、鋯鎘、鋯 P3%La-K/HZSM-5相比于相比于NKC

27、-03A催化劑，反應(yīng)溫度更低，使用壽命更長，是至今報(bào)催化劑，反應(yīng)溫度更低，使用壽命更長，是至今報(bào)道乙醇脫水反應(yīng)使用壽命最長的分子篩類催化劑。道乙醇脫水反應(yīng)使用壽命最長的分子篩類催化劑。催化劑溫度()質(zhì)量空速(h-1)乙醇轉(zhuǎn)化率(mol%)選擇性(%)穩(wěn)定時(shí)間(h)NKC-03A（南開大學(xué)）（南開大學(xué)）25034014989998999603%La-K/HZSM-52503001.298982600（可再生）（可再生） 催化劑性能評價(jià)催化劑性能評價(jià)HZSM-5載體載體0.5%La-2%PHZSM-5金屬、非金屬元素金屬、非金屬元素 復(fù)合修飾復(fù)合修飾u 反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度: 260-300 u乙醇轉(zhuǎn)

28、化率乙醇轉(zhuǎn)化率: 接近接近100%u乙烯選擇性乙烯選擇性: 98% u具有更強(qiáng)的抗積炭能力具有更強(qiáng)的抗積炭能力u具有顯著增強(qiáng)的抗雜醇能力具有顯著增強(qiáng)的抗雜醇能力 雜醇主要成分：雜醇主要成分： 抗雜醇油研究抗雜醇油研究等溫列管式反應(yīng)器：等溫列管式反應(yīng)器：目前固定床反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理目前固定床反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,傳熱傳質(zhì)較差傳熱傳質(zhì)較差,溫溫差達(dá)到（差達(dá)到（40），），產(chǎn)物選擇性低，分離能耗高；工程放大困難，產(chǎn)物選擇性低，分離能耗高；工程放大困難，適合精細(xì)化工適合精細(xì)化工領(lǐng)域的產(chǎn)品加工領(lǐng)域的產(chǎn)品加工，不適合與大規(guī)模生產(chǎn)的聚乙烯、乙二醇等乙烯下游衍生產(chǎn)品裝，不適合與大規(guī)模生產(chǎn)的聚乙烯

29、、乙二醇等乙烯下游衍生產(chǎn)品裝置相銜接；分子篩催化劑對反應(yīng)溫度相對敏感，適合等溫床反應(yīng)工藝。置相銜接；分子篩催化劑對反應(yīng)溫度相對敏感，適合等溫床反應(yīng)工藝。絕熱床反應(yīng)器：絕熱床反應(yīng)器：適合建立大規(guī)模的工業(yè)化裝置適合建立大規(guī)模的工業(yè)化裝置（單套生產(chǎn)能力（單套生產(chǎn)能力2萬噸萬噸/年以上），但年以上），但是目前技術(shù)由美國是目前技術(shù)由美國SD公司和巴西公司和巴西Petrobras所壟斷所壟斷。等溫列管式固定床反應(yīng)器等溫列管式固定床反應(yīng)器平行串聯(lián)絕熱反應(yīng)器平行串聯(lián)絕熱反應(yīng)器沒有自主知識產(chǎn)沒有自主知識產(chǎn)權(quán)，能耗和三廢權(quán)，能耗和三廢排放大排放大關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)3: 3: 新型反應(yīng)器設(shè)計(jì)新型反應(yīng)器設(shè)計(jì) 反應(yīng)器在采

30、用反應(yīng)器在采用強(qiáng)制對流循環(huán)熔鹽控溫系統(tǒng)強(qiáng)制對流循環(huán)熔鹽控溫系統(tǒng)后后,溫差控制在溫差控制在5;乙烯收率乙烯收率得到了明得到了明顯提高顯提高,由由原來的原來的89%提升至提升至95%97%。 現(xiàn)有等溫固定床反應(yīng)器加熱系統(tǒng)改造現(xiàn)有等溫固定床反應(yīng)器加熱系統(tǒng)改造控溫系統(tǒng)控溫系統(tǒng)催化劑催化劑反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度溫差溫差乙烯收率乙烯收率(%)新型控溫系統(tǒng)- Al2O3360595%97%傳統(tǒng)控溫系統(tǒng)- Al2O3400 4089%列管三根，內(nèi)徑：列管三根，內(nèi)徑：32mm32mm，高度，高度2.0m2.0m，催化劑，催化劑裝填高度裝填高度1.5m1.5m，催化劑裝填量，催化劑裝填量2.0kg2.0kg，反應(yīng)溫度，

31、反應(yīng)溫度250-250-400400，可分別采用，可分別采用- Al- Al2 2O O3 3和分子篩為催化劑和分子篩為催化劑 年產(chǎn)百噸級等溫固定床反應(yīng)器中試示范裝置熔鹽液面反應(yīng)管（厚度4mm）加熱棒注：單位為cm入口在等溫固定床在等溫固定床 數(shù)值模擬的基數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上我們建立礎(chǔ)上我們建立了了百噸級的百噸級的中中試裝置試裝置已完成已完成3000噸噸/年生產(chǎn)裝置的中試實(shí)驗(yàn)，并通過了相關(guān)專家的技術(shù)驗(yàn)證！年生產(chǎn)裝置的中試實(shí)驗(yàn)，并通過了相關(guān)專家的技術(shù)驗(yàn)證！成功申報(bào)了發(fā)改委國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)：成功申報(bào)了發(fā)改委國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)：萬噸級生物基乙烯產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)（示范）工程項(xiàng)目萬噸級生物基乙烯產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)（

32、示范）工程項(xiàng)目 大學(xué)大學(xué)上海石油化工研究設(shè)計(jì)院上海石油化工研究設(shè)計(jì)院項(xiàng)項(xiàng)目目實(shí)實(shí)施施技技術(shù)術(shù)持持支支技技術(shù)術(shù)持持支支中試裝置中試裝置 絕熱床反應(yīng)器工藝研究絕熱床反應(yīng)器工藝研究乙烯乙烯:33.6%丁二烯丁二烯:4.5%甲烷甲烷:17.2%丁烷、丁烯丁烷、丁烯:4.2%丙烯丙烯:15.5%苯苯:6.7%傳統(tǒng)石油乙烯：傳統(tǒng)石油乙烯：傳統(tǒng)生物乙烯：傳統(tǒng)生物乙烯：催化催化裂解裂解成品乙烯成品乙烯催化催化脫水脫水生物乙醇生物乙醇石腦油石腦油高效節(jié)能分離系統(tǒng)高效節(jié)能分離系統(tǒng)氣體副產(chǎn)物的安全氣體副產(chǎn)物的安全引入引入,并儲存做燃料并儲存做燃料多組分產(chǎn)物多組分產(chǎn)物乙烯：乙烯：93-95%乙烷：乙烷：2-3%C3、

33、C4：1-2%組分相對簡單組分相對簡單低溫精餾低溫精餾新型生物乙烯：新型生物乙烯：生物乙醇生物乙醇催化催化脫水脫水乙烯：乙烯：98-99%乙醚乙醚:1%99.9-99.99%關(guān)鍵技術(shù)4: 高效節(jié)能分離系統(tǒng)開發(fā)堿洗塔堵塞嚴(yán)重，影堿洗塔堵塞嚴(yán)重，影響正常生產(chǎn)響正常生產(chǎn)堿液利用率低，堿液利用率低，廢堿排放量大。廢堿排放量大。能量利用網(wǎng)絡(luò)不合能量利用網(wǎng)絡(luò)不合理。理。循環(huán)用水量和廢水循環(huán)用水量和廢水排放量大。排放量大。123 4川維廠年產(chǎn)川維廠年產(chǎn)6000噸生物乙烯等溫床工藝分離噸生物乙烯等溫床工藝分離系統(tǒng)存在的技術(shù)問題系統(tǒng)存在的技術(shù)問題 現(xiàn)有生物乙烯分離工藝節(jié)能減排研究現(xiàn)有生物乙烯分離工藝節(jié)能減排研究

34、從機(jī)理上分析堿洗塔堵塔物質(zhì)的形成從機(jī)理上分析堿洗塔堵塔物質(zhì)的形成 在水洗塔分離工段中,由于180乙烯混合氣的能量未能有效利用,導(dǎo)致水洗塔洗滌水溫度過高,達(dá)到70左右,無法有效吸收乙醛等副產(chǎn)物,最終引起堿洗塔堵塔.從工藝角度分析堵塔的原因從工藝角度分析堵塔的原因 乙醇分子在催化劑堿性位點(diǎn)上發(fā)生脫氫反應(yīng),生成乙醛.而該物質(zhì)在堿性條件下發(fā)生縮合反應(yīng),形成具有一定分子量的縮合物.最終引起堿洗塔堵塔,并影響工藝的正常生產(chǎn)。堵塔物質(zhì)堵塔物質(zhì)(紅色物質(zhì)紅色物質(zhì)) 乙醛縮合物乙醛縮合物堿洗塔堵塔機(jī)理分析堿洗塔堵塔機(jī)理分析通過能量利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和高效換熱器的應(yīng)用，將通過能量利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和高效換熱器的應(yīng)用，將1

35、80乙烯混合氣冷卻至乙烯混合氣冷卻至7080,實(shí)現(xiàn)低位熱能的高效實(shí)現(xiàn)低位熱能的高效利用利用, 并通過水洗塔、堿洗塔工藝操作參數(shù)的優(yōu)化，達(dá)到生物乙烯后分離工藝的節(jié)能減排：并通過水洗塔、堿洗塔工藝操作參數(shù)的優(yōu)化，達(dá)到生物乙烯后分離工藝的節(jié)能減排：原料預(yù)熱用蒸汽原料預(yù)熱用蒸汽單耗降低單耗降低40.4%以上，以上，循環(huán)水循環(huán)水單耗降低單耗降低42%以上，以上，洗滌用堿洗滌用堿單耗降低單耗降低20%以上，以上，廢水、廢水、廢堿排放量廢堿排放量減少減少20%以上，徹底解決由于乙醛副產(chǎn)物聚合引發(fā)的堿洗塔堵塞問題。以上，徹底解決由于乙醛副產(chǎn)物聚合引發(fā)的堿洗塔堵塞問題。中石化科技開發(fā)項(xiàng)目中石化科技開發(fā)項(xiàng)目VAE

36、VAE裝置乙烯工段節(jié)能減排及抗堵技術(shù)開發(fā)裝置乙烯工段節(jié)能減排及抗堵技術(shù)開發(fā)熱管熱管- -高效翅片管組合式換熱器高效翅片管組合式換熱器 能量利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化能量利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化 發(fā)酵工程發(fā)酵工程 化工分離化工分離 u分離產(chǎn)品分離產(chǎn)品乙醇純度高，乙醇純度高，濃度最高可達(dá)濃度最高可達(dá)400g/L；u產(chǎn)物抑制消除，產(chǎn)物抑制消除，發(fā)酵過程中的乙醇濃度控制在發(fā)酵過程中的乙醇濃度控制在35g/L左右，酵母左右，酵母菌發(fā)酵時(shí)間長達(dá)菌發(fā)酵時(shí)間長達(dá)15天天； u分離效率高，發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的乙醇分離效率高，發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的乙醇91%提取出來提取出來 在線分離乙醇工藝研究在線分離乙醇工藝研究強(qiáng)化單元操作強(qiáng)化單元操作新型新

37、型COCO2 2循環(huán)氣提在線分離乙醇工藝循環(huán)氣提在線分離乙醇工藝 優(yōu)勢優(yōu)勢: :脫水脫水催化催化發(fā)酵發(fā)酵 乙醇發(fā)酵液乙醇發(fā)酵液生物加工過程生物加工過程分離系統(tǒng)分離系統(tǒng)粗乙烯粗乙烯化工加工過程化工加工過程關(guān)鍵技術(shù)5：工藝耦合一體化設(shè)計(jì)成品乙烯成品乙烯高效蒸餾高效蒸餾合適濃度乙醇合適濃度乙醇蒸餾蒸餾燃料乙醇燃料乙醇精餾精餾新 堿 液CS補(bǔ) 充 水粗 乙 烯乙烯CSM醪 液氣 體 乙 醇蒸餾系統(tǒng)換 熱 器反應(yīng)器氣 液 分 離衡 流 閥加 熱 裝 置冷卻器冷卻器冷 卻吸附 、冷凍分離系統(tǒng)干燥器堿洗塔水洗滌塔冷 卻冷 卻除 沫除 沫產(chǎn) 品 乙 烯 耦合一體化工藝耦合一體化工藝乙醇提純蒸餾塔出來的高溫乙醇

38、蒸汽，未經(jīng)冷凝直接進(jìn)入脫水反應(yīng)工段，理論計(jì)算表明耦乙醇提純蒸餾塔出來的高溫乙醇蒸汽，未經(jīng)冷凝直接進(jìn)入脫水反應(yīng)工段，理論計(jì)算表明耦合工藝相對傳統(tǒng)獨(dú)立工藝可節(jié)能合工藝相對傳統(tǒng)獨(dú)立工藝可節(jié)能20.14%。 一種乙醇脫水生產(chǎn)乙烯的工藝一種乙醇脫水生產(chǎn)乙烯的工藝發(fā)明專利授權(quán)號：發(fā)明專利授權(quán)號：ZL200710133610.9.ZL200710133610.9.年產(chǎn)2萬噸等溫固定床生物乙烯工藝軟件包開發(fā)乙醇冷凝水乙醇蒸發(fā)器氣-氣換熱器 乙醇脫水反應(yīng)器 230乙醇反應(yīng)產(chǎn)物水洗塔粗乙烯氣柜 精餾熔鹽加熱z采用自主開發(fā)的采用自主開發(fā)的改性改性HZSM-5分子篩催化劑分子篩催化劑，在，在250-300低溫下反應(yīng)，

39、轉(zhuǎn)化率和選擇性都在低溫下反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率和選擇性都在98以上，單程壽命以上，單程壽命3個(gè)月，可個(gè)月，可重復(fù)再生重復(fù)再生。z采用采用熔鹽循環(huán)系統(tǒng)，熔鹽循環(huán)系統(tǒng)，突破等溫固定床工程放大技術(shù)難題突破等溫固定床工程放大技術(shù)難題（2 2萬噸萬噸/ /套）。套）。z環(huán)境友好，環(huán)境友好，不產(chǎn)生不產(chǎn)生COCO2 2，不需要堿洗塔不需要堿洗塔。z高選擇性，對于環(huán)氧乙烷、高選擇性，對于環(huán)氧乙烷、VAEVAE等下游衍生產(chǎn)品，等下游衍生產(chǎn)品，可以不需要精餾，直接與下游工段耦合，大可以不需要精餾，直接與下游工段耦合，大幅度降低能耗幅度降低能耗。安徽豐原集團(tuán)聯(lián)合中石化 聯(lián)合中石化 通過了安徽省發(fā)改委組織的新技術(shù)鑒定通過了安徽

40、省發(fā)改委組織的新技術(shù)鑒定技術(shù)水平：技術(shù)水平：5.55.5噸玉米秸桿噸玉米秸桿生產(chǎn)生產(chǎn)1 1噸燃料乙醇噸燃料乙醇生產(chǎn)成本與玉米為原料基本相當(dāng)生產(chǎn)成本與玉米為原料基本相當(dāng)半半 纖維素稀酸水解纖維素稀酸水解平均收率大于平均收率大于90%90%木糖發(fā)酵木糖醇平均收率大于木糖發(fā)酵木糖醇平均收率大于70%70%木糖醇提取收率平均木糖醇提取收率平均80%80%六碳糖發(fā)酵醪液中乙醇濃度六碳糖發(fā)酵醪液中乙醇濃度達(dá)達(dá)6.7%(V/V)6.7%(V/V)五碳糖發(fā)酵醪液中乙醇濃度達(dá)五碳糖發(fā)酵醪液中乙醇濃度達(dá)3.8%(V/V)3.8%(V/V)纖維素酶固態(tài)發(fā)酵周期纖維素酶固態(tài)發(fā)酵周期3 3天天發(fā)酵終點(diǎn)濾紙酶活力大于發(fā)酵

41、終點(diǎn)濾紙酶活力大于150FPIU/150FPIU/克干曲克干曲纖維素酶解收率大于纖維素酶解收率大于80%80%針對現(xiàn)有生物乙烯裝置針對現(xiàn)有生物乙烯裝置存在的技術(shù)難題存在的技術(shù)難題研究研究 VAEVAE裝置乙烯工段裝置乙烯工段節(jié)能減排和抗堵問題節(jié)能減排和抗堵問題預(yù)期技術(shù)水平：年處理預(yù)期技術(shù)水平：年處理30003000噸噸玉米秸稈生產(chǎn)玉米秸稈生產(chǎn)550550600600噸纖維噸纖維乙醇（單位乙醇消耗原料控制乙醇（單位乙醇消耗原料控制在在5.25.2噸（干基）噸（干基）乙醇濃度乙醇濃度9595全糖（戊糖和己糖）利用率全糖（戊糖和己糖）利用率在在80%80%以上以上乙醇得率是理論得率的乙醇得率是理論得

42、率的85%85%以上以上單位乙醇成本在單位乙醇成本在55005500元元/ /噸以下噸以下乙醇質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)符合現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)乙醇質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)符合現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)中國石化 本項(xiàng)目建設(shè)本項(xiàng)目建設(shè)1 1萬噸萬噸/ /年生物年生物乙烯裝置與乙烯裝置與1010萬噸萬噸VAEVAE相配套相配套VAEVAE產(chǎn)值達(dá)到產(chǎn)值達(dá)到9.69.6億億利潤總額利潤總額76547654萬元萬元 承德避暑山莊300300噸噸/ /年秸年秸稈稈乙醇乙醇中試中試裝置裝置 3000 3000噸噸/ /年秸年秸稈乙醇產(chǎn)業(yè)化稈乙醇產(chǎn)業(yè)化成套技術(shù)中試成套技術(shù)中試研究研究 萬噸級萬噸級生物基生物基乙烯產(chǎn)業(yè)化專乙烯產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)（示范）工項(xiàng)（示范）工程項(xiàng)目程

43、項(xiàng)目 60006000噸噸/ /年生年生物乙烯工藝節(jié)物乙烯工藝節(jié)能減排能減排900m900m3 3濃濃醪發(fā)酵醪發(fā)酵技術(shù)技術(shù)每生產(chǎn)一噸酒精節(jié)每生產(chǎn)一噸酒精節(jié)水水4.354.35噸，節(jié)省蒸噸，節(jié)省蒸汽汽1.361.36噸，噸酒精噸，噸酒精生產(chǎn)成本下降生產(chǎn)成本下降136.65136.65元；推廣應(yīng)元；推廣應(yīng)用三年來累計(jì)經(jīng)濟(jì)用三年來累計(jì)經(jīng)濟(jì)效益達(dá)效益達(dá)1366.51366.5萬元萬元產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展環(huán)氧乙烷可再生生物質(zhì)資源乙二醇醋酸乙烯乙烯共聚物 生物乙烯生物乙烯生物基材料生物基化學(xué)品乙醇乙醇聚乙烯生物質(zhì)能源生物質(zhì)能源生物乙烯下游衍生產(chǎn)品鏈分析微藻（微藻（icroalgaeicroalgae）是一

44、類在陸地、海洋分布廣泛，營養(yǎng)）是一類在陸地、海洋分布廣泛，營養(yǎng)豐富且光合利用度高的微型自養(yǎng)植物。地球上微藻種類繁多，豐富且光合利用度高的微型自養(yǎng)植物。地球上微藻種類繁多，但目前被人類發(fā)現(xiàn)并利用的種類不多，特別是海洋微藻，目但目前被人類發(fā)現(xiàn)并利用的種類不多，特別是海洋微藻，目前開發(fā)的更是微乎其微。前開發(fā)的更是微乎其微。綠藻紅藻硅藻物種物種已發(fā)現(xiàn)數(shù)量已發(fā)現(xiàn)數(shù)量已發(fā)現(xiàn)占估計(jì)數(shù)比例（已發(fā)現(xiàn)占估計(jì)數(shù)比例（%）淡水微藻淡水微藻.10490海洋微藻海洋微藻.71010什么是微藻？什么是微藻？微藻在地球演化中扮演著重要角色微藻在地球演化中扮演著重要角色 微藻（海洋單細(xì)胞藻類）是地球上最早的生物物種，微藻（海洋

45、單細(xì)胞藻類）是地球上最早的生物物種，已經(jīng)在地球上生存了已經(jīng)在地球上生存了3535億年之久，能在水中進(jìn)行光合作用億年之久，能在水中進(jìn)行光合作用釋放出氧氣，在釋放出氧氣，在中發(fā)揮了極其重要中發(fā)揮了極其重要的作用，因此微藻的出現(xiàn)為地球上其他生物的出現(xiàn)的作用，因此微藻的出現(xiàn)為地球上其他生物的出現(xiàn)。 生物質(zhì)生物質(zhì)+O2CO2 +H2O+光光為什么是微藻？為什么是微藻？光合作用效率是指綠色植物通過光合作用制光合作用效率是指綠色植物通過光合作用制造的有機(jī)物中所含有的能量與光合作用所吸收的造的有機(jī)物中所含有的能量與光合作用所吸收的光能的比值光能的比值。植物：藻：1L空氣中含有約5.910-4 g CO21L水

46、中含有約1.7gCO21L空氣中含有約0.3g O2近近3000倍倍1L水中含有約0.008gO21/40微藻通過光合作用固定微藻通過光合作用固定CO2的效率比陸生植物更高的效率比陸生植物更高微藻通過光合作用固定微藻通過光合作用固定CO2的效率比陸生植物更高的效率比陸生植物更高折射折射衍射衍射水水散射散射 由于水對光具有折射由于水對光具有折射、衍射、散射等效應(yīng)，使得微藻所衍射、散射等效應(yīng)，使得微藻所有表面都有可能受光照，然有表面都有可能受光照，然而而陸生植物只有向光面才有可能陸生植物只有向光面才有可能受光照。受光照。1 g干干物質(zhì)物質(zhì)樹葉比表面積:10-3 m2微藻比表面積:1.3103 m2

47、 相同質(zhì)量的微藻比表面積是樹葉的相同質(zhì)量的微藻比表面積是樹葉的，比表面積越大，受光面積越大，越有利于光合作用。比表面積越大，受光面積越大，越有利于光合作用。微藻通過光合作用固定微藻通過光合作用固定CO2的效率比陸生植物更高的效率比陸生植物更高微藻光合色素含量占其微藻光合色素含量占其干重的干重的2.5%分布于整個(gè)分布于整個(gè)細(xì)胞，整個(gè)細(xì)胞就是一細(xì)胞，整個(gè)細(xì)胞就是一個(gè)光合反應(yīng)器，有利于個(gè)光合反應(yīng)器，有利于光合產(chǎn)物的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)光合產(chǎn)物的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)。植物光合色素含量占植物光合色素含量占其干重約其干重約0.05%,分布分布于樹葉于樹葉、樹干等組織樹干等組織中細(xì)胞的特定部位，中細(xì)胞的特定部位，不有利于光合產(chǎn)

48、物的不有利于光合產(chǎn)物的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)合成與轉(zhuǎn)運(yùn)。50倍倍微藻光合天線植物光合天線幾十倍幾十倍植物的捕光天線是類囊體膜內(nèi)的葉綠素,而藻類的捕光天線色素主要集中于緊連在類囊體膜外的藻膽蛋白內(nèi)。天線系統(tǒng)的功能是將所吸收的光能高效地傳遞到與之相聯(lián)系的光反應(yīng)中心。微藻通過光合作用固定微藻通過光合作用固定CO2的效率比陸生植物更高的效率比陸生植物更高 微藻固定二氧化碳及產(chǎn)油途徑微藻固定二氧化碳及產(chǎn)油途徑微藻具有獨(dú)特的微藻具有獨(dú)特的CO2濃縮機(jī)制濃縮機(jī)制 CCM（CO2-Concentration mechanism）：即為CO2 濃縮機(jī)制。當(dāng)藻類細(xì)胞由高濃度CO2 培養(yǎng)轉(zhuǎn)入低濃度CO2，細(xì)細(xì)胞可不斷地從外部環(huán)

49、境中把無機(jī)碳或胞可不斷地從外部環(huán)境中把無機(jī)碳或CO2運(yùn)輸?shù)襟w內(nèi)運(yùn)輸?shù)襟w內(nèi)，使體內(nèi)的CO2 濃度高于外界環(huán)境，以有利于光合作用碳循環(huán)第一個(gè)關(guān)鍵酶Rubisco羧化反應(yīng)，從而能提高光合速率。海洋是地球固定海洋是地球固定CO2的主要場所的主要場所海洋面積：3.61億平方千米占地球表面：71%陸地面積：1.49億平方千米占地球表面：29%CO2O2固定全球60%以上的CO2固定全球40%的CO2森林固定森林固定CO2 變成變成煤炭；煤炭；海洋微藻固定海洋微藻固定CO2變變成石油成石油微藻是理想的燃料微藻是理想的燃料藻粉藻粉熱值熱值相同質(zhì)量相同質(zhì)量煤炭煤炭微藻生物質(zhì)熱解所得熱值高，平均高達(dá)微藻生物質(zhì)熱解

50、所得熱值高，平均高達(dá)33MJ/kg，而且微藻燃燒后沒有，而且微藻燃燒后沒有SO2等等有害氣體，使用后排出有害氣體，使用后排出CO2可以被微藻本身所固定，不會增加可以被微藻本身所固定，不會增加CO2的凈排放。的凈排放。微藻低碳生物經(jīng)濟(jì)微藻低碳生物經(jīng)濟(jì)微藻生物能源微藻生物能源我國水泥行業(yè)我國水泥行業(yè) 年排年排CO2億噸億噸微藻微藻約年產(chǎn)億噸藻粉約年產(chǎn)億噸藻粉相當(dāng)于億噸煤炭相當(dāng)于億噸煤炭產(chǎn)產(chǎn)6.61013MJ熱量熱量相當(dāng)于相當(dāng)于0.6億噸生物燃料億噸生物燃料相當(dāng)于產(chǎn)值相當(dāng)于產(chǎn)值4200億元億元 微藻培養(yǎng)和我國水泥、火力發(fā)電等重污染行業(yè)聯(lián)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)微藻培養(yǎng)和我國水泥、火力發(fā)電等重污染行業(yè)聯(lián)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)CO2及余熱的及余熱的綜