主题:炼制

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美国DOE和USDA-NIFA宣布联合资助综合生物炼制项目

2017年1月6日,美国能源部(DOE)和农业部食品与农业研究院(USDA-NIFA)宣布将联合投资2270万美元,用以支持综合生物炼制的优化(IntegratedBiorefineryOptimiz...即将发布

日期:2017年2月15日 - 来自[技术要闻]栏目
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中国玉米生物炼制产业联盟成立

中国玉米生物炼制产业联盟日前在山东省诸城市成立。联盟首批吸纳涉及玉米生物炼制、经贸、金融、科研、院校等36家联盟成员单位,中国科学院、北京大学、清华大学等高等院校15名专家参与联盟共建,为产业发展提供科技支撑。

据介绍,联盟企业来自黑龙江、内蒙古、山东潍坊、德州、滨州、菏泽等地, 东晓生物、兴贸玉米、保龄宝等全国性玉米深加工企业参与, 这些企业在玉米深加工方面的产能占全国绝对份额,其中诸城市已发展成亚洲最大的玉米淀粉深加工基地,保龄宝是行业内唯一的上市公司。

中国玉米生物炼制产业联盟将整合企业、高等院校、科研机构等资源,推动产学研用结合,提高联盟成员在玉米生物炼制产业领域的研发、制造及应用水平, 一改过去的“玉米深加工产业”为“玉米生物炼制产业”,内涵包括生物技术、提纯、炼制、制作等,属于“深加工”的含义提升,具有前所未有的创新性。 

日期:2016年1月6日 - 来自[生物能源]栏目

制浆生物炼制助力造纸工业迈向新阶段

近年来,我国造纸工业在诸多不利的环境下,虽然做到了生产运营保持基本平稳,产销基本平衡,主要经济指标完成情况较好,但市场需求仍然趋弱,企业盈利空间持续收窄,行业整体尚未走出疲软。

在全球经济深度调整和我国发展进入新常态的大背景下,造纸行业在提高行业发展质量和效益为根本任务下,在构筑科技创新型、资源节约型、环境友好型、质量效益型的绿色纸业发展总目标下,必须加大产品升级、结构调整力度,才能适应市场需求变化、主动应对更大挑战。应对挑战的重要战略之一就是发展制浆生物炼制,达到一方面综合利用木质纤维生物质,另一方面高值化制浆造纸产品,实现综合利用、产品升级、结构调整的目的。

在可持续资源战略中,生物质资源以其原料来源丰富、再生速度快、减少温室气体排放、促进农业经济可持续发展等优势而成为世界各国竞相发展的重要产业。据统计,全球每年产生的生物质约为1400×109‐1800×109吨,其能量相当于世界总能耗的10倍。目前生物质有效利用率不到1%,具有极大的发展潜力。其中,木质纤维生物质是地球上最丰富的可再生生物质资源,主要包括木材、农业生产废弃物(秸秆、谷壳、麸皮、蔗渣等)、林产加工废弃物及各类能源植物,其主要由纤维素、半纤维素和木质素三大成分组成。木质纤维生物质可通过生物炼制的方法,即通过热化学转化、生物催化转化、化学催化转化及组合转化等方法,将其转化为生物能源、生物基化学品及生物基材料,这对能源对外依赖度极高的我国来说,发展木质纤维生物炼制极为紧迫、重要。

木质纤维生物炼制就是以木质纤维生物质为原料,通过热化学转化、生物催化转化、化学催化转化及组合转化等方法,将木质纤维生物质转化为生物基能源、生物基化学品及生物基材料的过程。美国国家再生能源实验室将生物炼制定义为:以生物质为原料,将生物质转化工艺和设备相结合,用来生产燃料、电热能和化学产品集成的装置。现代生物质产业的概念,是指利用可再生的有机物质,包括农作物、树木等植物及其残体、畜禽粪便、有机废弃物,通过工业加工转化,进行生物基产品、生物燃料和生物能源生产的一种新兴产业。

与石油类似,木质纤维生物质也具有复杂的组分。木质纤维生物炼制的原料是木质纤维生物质,它包括农业木质纤维素生物质(如草类、芦苇等)、林业木质纤维生物质(如木材及其废弃物)、城市木质纤维废弃物(如纸张、纸板等)。木质纤维生物质通过各种生物炼制技术,包括生物技术、化学技术、热化学技术、热力学技术、物理技术及它们的组合技术处理,取决于生物炼制技术的种类和方式,可得到生物基能源、生物基化学品和生物基材料,生物基化学品包括初级产物、平台化合物和精细化学品。初级生物炼制产物包括纤维、纤维素、半纤维素、木质素和其他产物,它们的价值常常较纸和纸制品的价值高;平台化合物包括纤维素基、半纤维素基和木质素基的能源、化学品及材料的平台化合物,平台化合物是化学工业的基石;平台化合物可进一步转换成附加值更高的精细化学品。

造纸制浆过程具有生物炼制的特点。制浆原料就是木质纤维生物质,制浆过程就是利用化学能、热能、生物能和机械能解离、分离和提高木质纤维生物质品质的过程,它的过程产品主要为纤维。因此,制浆过程实质上就是初级生物炼制过程。通过制浆过程可得到初级木质纤维生物炼制产品,即纤维素、半纤维素和木质素等;这些初级木质纤维生物炼制产物可进一步转化成平台化合物和高附加值产品。制浆过程在原料、技术等方面,与木质纤维生物炼制原料、技术及过程方面非常相似,具有相当的默契,对制浆过程进行改良或重组,可构成完整的、高级的生物炼制过程。由于制浆原料的可再生性,制浆技术的先进性和综合性,制浆生物炼制将具有技术优势、经济性,极具发展前景。

石油炼制化学工业将进入后时代,发展利用可再生生物质资源的生物炼制,将成为我国解决能源、化学品和材料问题的战略性选择,将得到国家和造纸产业界的重视和开发。

木质纤维生物质资源极为丰富,通过木质纤维生物炼制,可将木质纤维生物质转化为生物基能源、生物基化学品及生物基材料。木质纤维生物炼制是生物炼制最重要的组成部分。将石油炼制、生物炼制和制浆技术相结合,是攻克木质纤维生物质预处理、转化、分离等相关的共性、关键技术的途径。制浆过程和木质纤维生物炼制过程在原料、技术和产品上有许多共同点,对制浆造纸产品进行重新规划定位,据此对原有的制浆造纸过程进行科学革新、整合,实行制浆生物炼制,将迎来制浆造纸产品升级、结构调整的新阶段。

日期:2015年12月10日 - 来自[技术要闻]栏目
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生物炼制有望续写石油炼制辉煌


未来,人类的竞争不仅是能源的竞争,更是资源的竞争。生物质是自然界最丰富的含碳有机大分子功能体,利用生物质开发可循环和再生的功能化产品(如生物基燃料、生物基材料、生物基化学品等),将为未来新一代的生物及化工产业提供通用原料。

然而,如何实现化学键更加复杂的固相木质纤维素原料的生物炼制是实现生物质产业的关键和难点。鉴于木质纤维素类生物质原料的不均一性,理想的生物炼制应是基于原料结构、过程转化和产品特点三者的关联,面向原料、过程和产品的炼制过程。

为实现上述目标,我国在原料炼制、炼制技术、组分转化等领域都取得了一系列研究成果,未来有望通过生物炼制续写石油炼制的辉煌。

原料瓶颈打破在即

生物质资源具有地域分散性、季节性、形态多样性等独特特点。从原料特性入手,开发生物质原料的通用技术平台,是实现生物炼制的前提。尤其是对于具有多种功能,但是任一功能特性均不突出的非典型经济作物,建立生物质原料炼制通用技术,将会使其爆发巨大的应用潜能,并产生巨大的经济效益和社会效益。

为此,中国科学院过程工程研究所基于非典型油料作物盐肤木的果实和抚育剩余物的物料特征和功能特性,以蒸汽爆破为核心,集成多种组分分离技术,开发出盐肤木资源汽爆炼制技术的生态产业链新模式,实现了盐肤木资源的综合开发利用。

另外,生物质向燃料乙醇和化学品转化时仍存在高成本、低效率等问题,预处理是提高转化的有效途径,但生物质的天然抗降解屏障严重阻碍了这一转化的进行。不仅如此,由于木质纤维素结构的复杂性,预处理过程中会产生大量的抑制物,严重制约木质纤维素的生物质转化。

因此,实现秸秆基产品的工业化生产,必须首先建立适当的原料预处理、发酵液脱毒等技术体系,而木质纤维素独特的组成特点,可以为我们提供新的研究思路。

基于此,中国科学院过程工程研究所提出“源头降低抑制物——纤维素木质素分级转化”炼制模式,为木质纤维素的开发和利用探索出一条全新工艺路线,又在此基础上,进一步提出“原位脱毒——发酵促进剂设计技术”,并率先展开电子载体物质、氧化还原物质与木质纤维素抑制物原位脱毒关联性的研究,利用秸秆水解液进行实验验证,取得了良好的发酵结果,为传统的发酵工艺提供了新思路。

炼制技术正在突破

生物基产品取代石油基产品并实现产业化,关键在于生物炼制技术的突破。

目前,主要的生物炼制技术有汽爆处理、酸处理、碱处理等。其中,汽爆预处理是公认的最有效的木质纤维素原料预处理方法之一。但随着汽爆强度的增大,半纤维素的水解程度增加,虽然对后续的组分分离有利,却造成了大分子纤维素组分的品质降低。因此,基于汽爆的组合预处理技术成为当前研究的热点。

例如,针对红麻脱胶困难且传统脱胶方法污染严重的问题,青岛大学纺织服装学院提出了一种新的脱胶方法,即闪爆——超声波联合脱胶,充分利用超声波产生的强机械振动波形成水动力作用于麻类原料,达到快速有效脱胶的效果。

总的来说,目前常用的预处理技术仍存在环境、经济性等问题,因此,新的生物炼制技术不断涌现。低温等离子体可提供一个高密度活性粒子、高能量的反应环境,在生物炼制过程中体现了优于常规技术的一些特点,成为国内外研究的热点。

组分转化应绿色高效

生物炼制的最终目的是实现各种组分的绿色、低成本、高效转化。因此,必须建立各级组分转化炼制技术。

纤维素乙醇被认为是21世纪发展循环经济的有效途径,然而纤维素酶解发酵成本高一直是制约其产业化的瓶颈,主要原因是木质纤维素糖化温度与发酵温度不协调,耐高温乙醇发酵菌株的选育则是解决方法之一。

河南农业大学科研人员从烟叶腐解物中分离筛选出一株东方伊萨酵母菌株,该菌株具有发酵温度高(38.45℃)、耐高糖(150g/L葡萄糖)等特点,利用含43.08g/L葡萄糖的玉米秸秆水解液发酵,乙醇产量达20.74g/L,为理论转化率的91.6%。

另外,通过预处理方法改变纤维素底物特性,也是提高纤维素酶解效率的有效途径。山东大学采用碱性预处理苎麻秆和红麻秆,经过分批补料半同步糖化发酵工艺,在补料至底物浓度为20%时,乙醇浓度达到63g/L,转化率分别为77%和79%。

不仅如此,在生物炼制过程中,纤维素与半纤维素转化利用相对容易,但在生物质分级分离过程中产生的大量木质素常以低效能产物作为燃料使用。开发高效、经济的定向生产工艺将木质素转化为化学品,成为生物质全组分高值化利用的关键所在。

木质素作为天然的酚类聚合物,具备转化为苯酚所需的结构特征,因此开发高效的木质素生产苯酚的工艺有望成为生物质工业与化学工业的有机结合点,在保护环境的基础上极大地提高生物炼制工厂的竞争力。

中国科学院过程工程研究所以1-甲基-3-乙基咪唑醋酸盐处理的工业木质素在微波反应器中以1-甲基-3-胺乙基咪唑四氟硼酸盐为催化剂,采用双液相反应体系中催化木质素制备苯酚的收率为8.14%,这对于木质素的工业应用具有现实意义。

日期:2015年1月15日 - 来自[技术要闻]栏目

阳江山津村小作坊炼制工业猪油 臭气熏天影响周边村民生活

近日,江城区中洲街道山津村村民莫先生致电12345综合服务热线,称在该村与麻演工业大道交界处有一炼制猪油小作坊,生产过程中时常散发出令人作呕的恶臭味,对过往行人和周边村民的生活造成了严重影响,希望有关部门加强监管。

前日下午,记者来到山津村。刚拐进村头小路,就有一股浓浓的酸腐味扑鼻而来,而且越往前走臭味越浓。行不过百米,两排并排而立的砖瓦房出现在记者眼前,房背的烟囱不断有黑烟冒出。

记者走进院内,发现地上堆放着几十个铁皮油桶和两大堆木柴。在一间正在冒烟的厂房里,一名工人正忙出忙进。记者上前一看,只见水泥锅台下的两口大锅热气腾腾,锅里装满了类似猪内脏的东西,扑鼻而来的烟气令人作呕。

厂房内,还堆放着两摞油渣,一台过滤油渣的机器,以及几个写有“工业猪油”字样的铁皮油桶。厂房环境阴暗肮脏,卫生条件令人堪忧。记者发现院内有六间这样的厂房正在炼制猪油。

一位自称姓李的工人告诉记者,院内的厂房分属三位不同的老板,他是跟着其中一位河南老乡干的。据其称,炼制猪油的原料都是来自市场,市场卖不完的肥肉内脏,会以每斤1元的价格出给他们。炼制出猪油、油渣后,再卖到肇庆的饲料厂,用以加工猪、鸡、鱼的饲料。

见记者对炼制猪油的原料来源有所质疑,李姓工人翻出一扎单据,称每一笔收购的原料都有据可查。记者看到,这些单据分别为“猪肉加工销售出仓单”“动物检验检疫合格证明”“肉品检验合格证”,都是市场摊档销售猪肉必须具备的“三证”。

记者问作坊有没有相关生产许可,这位工人称有但在老板处。记者提出让老板拿过来看看,李姓工人拨打几通电话后,来了一位骑车的年轻人。这位自称姓樊的年轻人告诉记者,他也是给人打工的,不是老板,也没带作坊的相关证件。不过他告诉记者,两个月前曾有工商、质监部门来检查,作坊证照齐全,没有问题。

对于莫先生所投诉的作坊污染问题,上述两位工人均称“没那么严重”,不过周边的村民却是另一番说法。记者随机对路过作坊的村民进行了采访,他们均反映作坊炼油时臭气熏天,希望相关部门能对其进行治理,最好责令炼制猪油的小作坊搬离村头。

对于莫先生所反映的问题,山津村委会一位工作人员称,之前并未接到相关投诉。他表示会将情况上报领导,再研究决定具体怎么处理。



日期:2014年12月25日 - 来自[安全快报]栏目
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金沂蒙生物炼制乙醛项目投产

近日,金沂蒙集团年产8万吨生物炼制乙醛项目建成投产。该项目总投资2亿多元,引进双酶法连续液化、糖化,喷射液化蒸煮节能,差压蒸馏,乙醛吸收,系统余热综合利用等新技术,通过糖化、发酵、精馏、过滤、精制等工艺实现生物炼制乙醛。该项目技术含量高,产品综合能耗节能显著,在同行业中处于领先地位。

日期:2014年12月11日 - 来自[技术要闻]栏目

2014中德“生物基化学品暨生物炼制”双边研讨会在北京化工大学举


10月7日,由北京化工大学校长谭天伟、德国格赖夫斯瓦尔德大学Uwe Bornscheuer教授共同组织发起,由中德科学中心和北京化工大学共同主办的中德“生物基化学品暨生物炼制”双边研讨会在北化逸夫会议中心举行。中德科学中心常务副主任陈乐生教授、中国生物技术发展中心马宏建副主任出席开幕式。

陈乐生教授代表中德科学中心致开幕辞,他介绍了中德科学中心的基本情况,以及中心将致力于推进两国之间的科研合作。

谭天伟校长、Uwe Bornscheuer教授分别代表中、德两国专家致辞。他们一致认为,中国、德国在生物基化学品暨生物炼制相关领域都有着举足轻重的地位,双方应以此次研讨会为契机,建立国际合作,大力推进两国在相关领域的科技合作和科研发展。

在两天的会议当中,与会专家的38个主题报告对生物基化学品与生物炼制领域中的最新研究进展进行了充分交流,并在生物质利用、高效生物转化、酶工程、级联反应设计、生物反应器、合成生物学等研究方向进行了深入探讨。

会议还组织中德专家参观了北京化工大学国家能源生物炼制研发工程中心、天津大学元英进教授实验室、中科院天津工业生物技术研究所孙际宾研究员实验室。

来自德国的亚琛工业大学、慕尼黑工业大学、汉堡工业大学等10所高校,及国内浙江大学、上海交通大学、中科院上海生命科学研究院等15所科研院所的38位中德专家出席会议。我校生命科学与技术学院部分教师、研究生、本科生等200余人参加了本次论坛。

本次会议促进了中德双方在研究领域、目前研究进展、及各自研究特色等方面的深入了解,初步达成了双方进行科学研究合作的共识。与会专家学者和北化师生纷纷表示通过本次研讨会,开拓了视野,增长了知识,更加了解了两国在生物基化学品、生物炼制领域的现状与前景,以及国际前沿的研究成果。

本次中德“生物基化学品暨生物炼制”双边研讨会的成功举办,为进一步推进中德两国在相关领域的进一步交流合作打下了坚实基础。

日期:2014年11月24日 - 来自[学术活动]栏目
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干法木质纤维素生物炼制技术研发获重大进展

用秸秆制乙醇,代替汽油跑汽车,这当然不是异想天开,但几十年来始终是一块“画饼”——让人垂涎欲滴却不能入口充饥。不过,由华东理工大学鲍杰教授领衔研发、首次亮相于正在举行的第十六届中国国际工业博览会(上海工博会)的“干法木质纤维素生物炼制技术”告诉我们,让我国每年7亿吨秸秆物尽其用的一天,可能真的已经不远了。

生物炼制乙醇难在哪儿?

在中国这样的农业大国,用玉米秸秆、麦秆、稻草等可再生原料,生产液体燃料和化工产品,无论从哪方面说,都是一个造福国计民生而且深具潜力的发展方向。表面看来,秸秆制乙醇的生物炼制方法——纤维素经微生物分解成葡萄糖再发酵成乙醇,似乎也不是特别高深。那么,为什么从上世纪70年代第一次石油危机发生到现在,历经40年的探索,这座宝山依然可望不可即呢?

在华东理工教授鲍杰看来,“关键是成本”。生物炼制成本如果不能大幅度降低,达到让工业生产赢利的程度,秸秆制乙醇就只能是画饼难充饥。而高成本主要体现在纤维素水解酶价格昂贵、产品得率低、过程能耗高以及大量废水处理所导致的环境成本等方面。

例如,考虑到运输半径的限制(50公里),中国的生物炼制工厂生产规模都较小,而且基本都位于生物质资源丰富但基础设施落后的农村地区,能源供给设施和废水处理系统的完善程度都比不上先进的化工大企业,控制得不好,就会出现上世纪90年代在我国曾经遍地开花后又全面关闭的小造纸厂那样的负面范例。所以,节能减排对产业的正常运作和可持续发展特别重要。

“华理智造”有什么牌?

为大幅降低秸秆制乙醇的成本,鲍杰教授的生物炼制科研团队提出了“干法木质纤维素生物炼制技术”,以节能减排为突破口,打出了3张王牌。

第一张是干式稀酸预处理技术。

根据团队成员张建老师介绍,秸秆制乙醇是个“粗粮细做”的活,首先要通过预处理破坏其纤维结构。比起常规的稀酸预处理工艺,他们的“干式”做法,使得预处理过程的用水量和蒸汽用量降低了90%,做到了废水的零排放,秸秆与酸液的比例则由10:1变成了1:2。

固体含量这么高,整个物料完全是干的,怎能和水蒸汽、纤维素酶及菌株充分混合呢?别急,这个“华理智造”还有第二张牌“螺带式搅拌反应器”,将搅拌桨化直为曲,就能让各种组分充分混合起来。

据鲍老师透露,这个精巧的创意其实并非生工学院自产,而是化工学院戴干策先生的主意。戴先生是著名的化工传递专家,虽退休多年但一直活跃在科研一线。按戴先生的建议,把聚酯反应器的搅拌概念引入了秸秆的生物炼制,就彻底解决了搅拌难的问题。

小小的树脂枝孢霉则是第三张牌。原来,在纤维素预处理的过程中,会产生大量呋喃醛和芳香醛之类的物质,这些都会使得发酵微生物中毒死亡。树脂枝孢霉就承担了去除这些“毒物”的使命。

说起树脂枝孢霉的发现,还有一个有趣的小故事。有一年,研究人员过完春节回校,发现冰箱里存放的已经预处理的秸秆原料上长出了黑色的霉菌。经鲍杰老师提醒,他们对原本要处理掉的原料进行了成分检测,结果发现,原料里面的抑制物含量居然下降了很多,最后找到的“始作俑者”就是树脂枝孢霉。

“这种真菌有一个俗名叫煤油真菌,曾在航空煤油油箱里发现过,不过除了堵塞输油管线外,原来还没有发现过它有其它用途,没想到在秸秆上发现了它。这种霉只吃有毒的物质,不吃糖,是一个罕见的‘劳模’微生物。所以说,科学研究中,有心很重要,对不是实验计划中的东西,也要好好观察。”鲍老师说。

世界性难题何时解?

据鲍杰教授介绍,“干法木质纤维素生物炼制技术”发酵乙醇的体积浓度已近9%,接近于淀粉制乙醇的指标。更重要的是,这一技术的耗水耗能低、废水排放低,与生产玉米乙醇相比相差无几,而且设备成本低,特别适合在我国农村地区实施。目前,该技术已经申请了中国发明专利20项,其中授权4项、公开9项,还有7项已进入实际审查阶段。以年产3万吨生物多元醇为总目标,他们与河南郸城财鑫糖业公司合作的项目也将进入投料生产阶段。

“秸秆制乙醇遇到的挑战是个世界性难题,虽然欧洲和美国的几套工业生产装置已经进入试生产,但最终结果还需要连续运营的工业化数据的证明,简单地说,如果年产几万吨的装置连续运行一年下来,企业还能赢利,还有继续生产的动力,就可以算成功了。”对乙醇的非粮生物炼制产业化前景,鲍杰教授用“还需要走很长一段路”一语进行了概括。

据估算,我国每年可收集秸秆总量大约7亿吨,如果每年有五分之一用于生产乙醇,可年产乙醇2800万吨,大约可替代全国一半的汽油消耗量。对农民来说,按1吨秸秆净收入200元计算,每年可增收280亿元。也许,再等5年,这笔计算中的财富就能够惠及我们每一个人?

日期:2014年11月14日 - 来自[技术要闻]栏目
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