收稿 2007 年 5 月
3 通讯联系 e2mail chenxi99 @petrochina com cn
生物质源开发利
陈 曦1 3 韩志群2 孔繁华1 胡徐腾1
(1 中国石油天然气股份限公司石油化工研究院 北京 100083
2 中国石油天然气股份限公司勘探生产分公司新源处 北京 100011)
摘 文概述生物质源特征发展生物质源意义 综述国外生物质源开发
利现状 简介中国石油天然气股份限公司生物质源发展思路部署工作进展中国石油天然
气股份限公司生物质源发展策略重点放发展生物柴油燃料乙醇文结合公司生物质源长期发
展战略实际工作开展情况分生物柴油燃料乙醇两方面详细探讨面生物质源化工关
键技术需求 提出相关发展建议
关键词 生物质源 生物柴油 燃料乙醇 中国石油 化工关键技术
中图分类号 TK6 S216 TQ517 2 文献标识码 A 文章编号 10052281X(2007) 07Π821091207
Exploitation and Utilization of Bio2Energy
Chen Xi1 3 Han Zhiqun2 Kong Fanhua1 Hu Xuteng1
(1 PetroChina Petrochemical Research Institute Beijing 100083 China
2 PetroChina Exploration & Production Company Beijing 100011 China )
Abstract This paper briefly introduces the features of bio2energy and summarises the significance for developing
bio2energy The global status of bio2energy exploration and development are comprehensively overviewed The bio2energy
development plan strategy and progress in PetroChina Ltd are simply introduced PetroChina focus its bio2energy
development strategy on biodiesel and ethanol fuel On the basis of Company’s bio2energy long2term development strategy
and combined with the practices the key chemical technology requirements to develop biodiesel and ethanol fuel are
discussed Suggestions and comments for the development are proposed
Key words bio2energy biodiesel ethanol fuel PetroChina key chemical technology
1 引言
源类社会生存发展物质基础着
世界济持续快速发展 国源需求剧增
化石燃料资源限 导致油价长期居高 源
压力日益凸显世界国高速发展济时
环保求越越高全世界保护类
然资源生态环境出发寻求种新清洁安全
持续发展源体系生物质源蕴藏量极
丰富 生源组成部分 产
业化规模化前景生源 国源结
构中占重位科学家国政府生物质
源予极关注 采取种举措促进生物质源
新技术开发研究
生物质指生循环机物
质 包括动物植物微生物 生
命体排泄代谢机物质[1] 生物质指
直接间接通植物光合作 太阳化学
形式贮存生物质体种量形式 够
作源利生物质统称生物质
第 19 卷 第 7Π8 期
2007 年 8 月
化 学 进 展
PROGRESS IN CHEMISTRY
Vol 19 No 7Π8
Aug 2007源[2] 生物质生物质载体广义 生
物质太阳种形式 转化常规固
态液态气态燃料 取竭 种
生源[3]
生物质具特点 (1) 贮量丰富
生性 保证源永续利 (2) 环保性 生物质
源利程中显著降低 CO2 排放 减少温室效
应积极意义 利转化程中减少硫化
物氮化物粉尘等排放 (3) 生物质源具普
遍性易取性 生产程较简单 (4) 生源
中 生物质唯储存运输源 (5) 生物
质具分布分散量密度热值低成分复杂等
缺点[1 2]
生物质源开发利种生物质原料
通途径转化高附加值生物质源生物
材料石油产品代品副产品等环境友产品
全程[4] 生物质源转化利途径包括燃烧热
化学法生化法化学法物理化学法等 转化
二次源 分热力电力固体燃料 (木炭成
型燃料) 液体燃料 (生物柴油甲醇乙醇植物油
等) 气体燃料(氢气生物质燃气沼气等) [1]
前 生物质源开发利包括生物质发电
制甲醇燃料乙醇二甲醚生物柴油等方面年
生物质源发展生物柴油燃料乙醇
开发利方面占重越越
生物柴油种油脂(包括植物油动物油脂
废餐饮油等) 原料 转酯化加工处理生产
出种液体燃料 优质石化柴油代品生
物柴油十六烷值闪点燃烧功效含硫量含氧
量燃烧耗氧量生物降解性环保性等方面均优
普通柴油外生物柴油缺点 运动黏
度高 雾化力低 低温启动性差等目前 工业生
产生物柴油应酯交换化学法生产部分
工厂酯交换工艺传统两步法反应
提纯动物油脂植物油脂低碳醇酸碱
生物酶等催化进行转酯化反应 生成相应脂
肪酸酯 洗涤干燥生物柴油[1]
燃料乙醇指汽油中加入定例水乙
醇代部分代车汽油[5] 燃料乙醇提
高汽油辛烷值 增加汽油含氧量 提高汽油抗爆
指数 减少汽车尾气中污染物排放
量[6] 目前乙醇生产方法两类 发酵法
化学合成法国乙醇生产发酵发酵法
利微生物 酵母菌 氧条件糖
类淀粉类纤维素类物质转化乙醇程化
学合成法石油天然气裂解气等原料化
学反应制造乙醇 乙烯直接水合法硫酸吸附法
乙炔法等方法[1]
2 国外生物质源应现状趋势
源需求日益高涨 矿产资源面枯竭背
景 世界国生物质源越越重视 纷纷制
定实施相应开发研究计划日阳光
工程印度绿色源工程巴西酒精源计
划等目前世界生物液体燃料生产集中美
国巴西欧盟等农产品富余国家
211 巴西
生物源开发领域 巴西始终处全球领头
羊位置 巴西生物源占国家源消费结
构重巴西世界少数具备发展
源农业条件国家 具生物源提供原料
保障潜优势
20 世纪 70 年代中期起 巴西开始利甘
蔗生产燃料乙醇 30 年努力 巴西已建成完
整燃料乙醇产业链巴西目前世界唯供
应纯汽油国家 该国乙醇产量 97 燃
料[7] 2005 年巴西燃料乙醇消费量代年汽
油消费量 45 [8] 燃料乙醇成巴西支柱产
业 利巴西保证源安全促进济发展增加
业巴西 20 世纪 80 年代开始实行生物柴
油计划终成太高终止2003 年 7 月 2
日 巴西政府重新启动生物柴油计划 生物柴油
研究开发方面投资逐步增加巴西蓖
麻油原料生产生物柴油 现正推广试验中
外 巴西政府通国际合作清洁发展机制
(CDM) 支持生物质发电[9]
212 美国
美国生物质利包括乙醇生物柴油生物
电工业程利 规模种植源作物
豆玉米日葵[9] 生物质源美国国
生源20 世纪 30 年代 美国开
展燃料乙醇研究应工作2006 年美国超
巴西成世界生物燃料领先生产国美国
世界早研究生物柴油国家目前美国生
物柴油豆生产原料 时积极探索
途径工程微藻法等生产生物柴油[7]
2030 年 美国工业部门生物质消费量年
2 例增加 电力消费生物质 10 年
·2901· 化 学 进 展 第 19 卷翻番[9]
213 欧洲
欧洲开发生物源高度重视 新技术断出
现 较国家应根欧盟刚刚制订
欧盟生物质行动计划 2010 年生物质消
费量较 2003 年增加倍欧洲国家
开发应甲醇乙醇生物柴油液体燃料[1] 预
计 2010 年欧盟乙醇汽油量增 215 —
257 万吨2005 年欧盟生物柴油产量猛增 31814
万吨 预计 2010 年达 800 —1 000万吨[7] 欧
盟计划生物柴油柴油中添加例 2005 年
2 提高 2010 年 5175 需求量 2005 年
490 万吨增加 2010 年1 400万吨 5 年增长 2
倍 燃料乙醇 2005 年 100 万吨提高 2012
年2 000万吨左右[9]
214 中国
缓解源压力 国关生物源生物材
料产业研究已年历史国生物质
源农业废弃物农林加工废弃物薪柴城市生活
垃圾等国生物质潜资源量非常巨 利
现代生物质技术 开发生物质源意义重 前景十
分广阔积极发展生物质源 加快实施石油代
战略 改变国传统源生产消费模式 仅
利缓解源危机保障源安全 特殊意义
助解决三农问题效缓解环境
压力 实现源战略农业增收环境保护
赢
目前国生产生物燃料燃料乙醇 原
料部分玉米木薯等 考虑粮食安全问题
国正力发展纤维素原料制乙醇解决生物
柴油原料源 国力开发非粮 栽种麻
疯树黄连木文冠果等油料植物 进行相关科学
研究国生物柴油研发处起步阶段 发
展前景广阔
期国家发改委国生物燃料产业发展作出
统筹安排 计划十五实现技术产业化 十二五
实现产业规模化 2015 年发展根国家中
长期发展规划目标 2020 年 开发生物质量
少达 15 亿吨标准煤 中 30 传统生物
质 70 源农林业提供 生物液态燃料生产规
模达2 000万吨 中燃料乙醇1 500万吨 生物
柴油 500 万吨[10] 届时国生物质源消费量
占整石油消费量 20 生物燃料产业
更具国际竞争力
3 生物质源开发利技术需求发展建议
目前世界国努力发展生物代燃料生
物柴油燃料乙醇 取成绩 然面
生产成高原料源稳定市场风险关
键技术瓶颈等难题生物质源开发利长
路走
3 1 生物柴油
3 1 1 技术需求
目前工业生产生物柴油方法采取酯
交换法 包括酸碱催化法生物酶催化法工程微
藻法超界法等[11]
年 国外较研究采脂肪酶催化酯
交换反应生产生物柴油 动植物油低碳醇通
脂肪酶进行转酯化反应 制备相应脂肪酸酯
方法优点 (1) 反应温度低 反应条件温
(2) 醇量 污染排放 节省源 (3) 破坏油
脂效成分 回收甘油等成分 (4) 酶法油
脂选择性 处理普通植物油脂 直
接处理废油(沟油甘水油等) [1]
目前酶法酯交换方法存问题 (1) 脂肪酶
机溶剂中易聚集 易分散 催化效率低 (2) 脂
肪酶价格昂贵 导致生物柴油生产成高[11] (3)
反应黏度高 (4) 脂肪酶短链醇转化率低 短
链醇酶定毒性 酶寿命短[12] (5) 副
产物甘油难回收 抑制反应进行 酶产生毒
性[13] 提高脂肪酶重复利性酶选择
性寿命反应时间降低脂肪酶价格成
酶催化法生产生物柴油关键技术
解决问题 通酶修饰酶分子
生物印迹酶晶体交联酶纯化方式预处理
程酶固定化等途径脂肪酶进行改性
酶充分分散机溶剂中短链醇脂肪酶
毒性 采分步添加短链醇方法 浓度维持
较低水 减轻脂肪酶毒性 副产物甘
油反应体系副作 般采级酶反应器
线时分离反应副产物甘油 效减少甘油
反应体系副作[14]
目前研究者研究孔高岭石固定酶催
化剂酶固定 解决酶重复利性问题 该催化剂
活性高寿命长易分离[15] 研
究者通基工程技术建构微藻生产油脂 进
行酯交换反应生产生物柴油[11]
年超界法生产生物柴油较发
·3901·第 7Π8 期 陈 曦等 生物质源开发利展 传统催化法反应机理致相
需催化剂传统方法相 超界法
优点 (1) 提高反应速率 缩短反应时间[11]
(2) 产品收率更高[15] (3) 皂化物生成 简化
产品续分离工艺 工艺更简单 降低成[12]
(4) 催化剂 反应程中排放废酸
废碱 污染环境目前超界法未规
模工业化 技术瓶颈超界法高温
高压条件进行 导致耗高 生产成降
需加研发力度 早实现超界法
规模工业化应
目前国外研究者采取新手
段方法强化酯交换反应 武汉工业学院食品科学
工程学院等进行麻疯树籽油超声波辅助酯交换
反应实验研究 表明超声波辅助酯交换反
应超声波辅助酯交换反应转换率更高 时
降低催化剂量超声波空化作
传统搅拌技术相更容易实现介质均匀混合 消
局部浓度均匀 提高反应速度 刺激新相形
成 团聚体起剪切作时 导致
分子间强烈相互碰撞聚集 反应物表面形
态表面组成反应活性发生显著变化[16]
Gryglewicz[17] 研究超声波固体催化剂催化菜籽
油甲酯化反应辅助作 发现超声波效缩
减反应时间通超声波强化反应 发现 Ba (OH) 2
Ca (OMe) 2 催化活性接 NaOH 催化
活性 说明超声波作传质程极强化
发现加入溶剂四氢呋喃 体系溶性增强 反应
速率提高
报道表明微波离子液体等反应程强化
手段酯交换反应研究Breccia 等[18]
微波强化酯交换反应 发现微波强化作 酯交
换反应速率提高 快 2 min 完成反
应吴芹等[19] 利离子液体催化棉籽油酯交换反
应制备生物柴油结果表明 离子液体具
催化活性 离子液体容易产物分离 具稳
定性 循环 环境污染 制备生物柴
油较理想催化剂
目前生物柴油生产需解决技术问题
生物柴油倾点高影响低温启动性燃烧残留物
微酸问题甘油分离技术残留甲醇甘油
腐蚀性问题等
31112 发展建议
(1) 力选高产含油植物 计划发展源
作物 应先进生物工程技术发展生物柴油
源产业 妥善解决油料作物农产品争问题 形
成稳定生物柴油原料供应
(2) 国尚未出台关生物柴油国家标
准 现市场厂家法规范质量标准 快
建立关生物柴油质量生产流程工艺设计等
方面国家标准 助生物柴油市场健康
发展
(3) 国家政策应该力支持促进生物柴油产业
化发展实行政府引导支持市场机制相结合
发展方针 税收补贴方面予适激励
(4) 国家应科研攻关产业创新方面加支
持力度 突破关键技术瓶颈 降低生物柴油综合利
成
312 燃料乙醇
31211 技术需求
糖类淀粉类原料生产乙醇工艺已十分
成熟 原料粮食 容易造成粮
食争局面 难长期满足源需求 生产
受限制纤维素资源丰富 种
生源 生物质资源 成生产燃料乙
醇原料年利纤维素原料转化生产燃
料乙醇较低成设备简单引起研究者浓厚
兴趣 纤维素原料生产乙醇发酵法生产
乙醇重点发展方[20 21]
纤维素原料成分包括纤维素半纤维素
木质素纤维素结构淀粉处 葡
萄糖聚合物 纤维素原料生产乙醇程分
两步第步纤维素水解葡萄糖等发酵
糖 糖化程 第二步发酵液发酵乙醇
纤维素原料组成成分结构非常复杂
木质素半纤维素纤维素保护作纤维素
身晶体结构 催化剂难纤维素接触 直
接影响糖化水解发酵程必须纤
维素原料进行预处理 脱木质素 改变纤维素
结构 增加效表面积 提高效率 时避
免糖降解损失 避免产生水解发酵程
起抑制作副产品[20 21] 预处理成占利纤
维素原料生产燃料乙醇总成部分
选高效简便预处理方式降低整生产成
·4901· 化 学 进 展 第 19 卷积极意义 燃料乙醇研究
重点方
水解两种方法酸水解酶水解 酸
水解程中 量酸氧化剂等化学试
剂 水解条件较苛刻 续处理困难 生成许
副产品 酶水解生化反应 微生物产生纤维
素酶 生产工艺包括酶生产原料预处理纤维素水
解等步骤酶水解选择性强 常压进行 反应
条件温 微生物培养维持仅需少量原料
量消耗 生成单产物 糖转化率高 腐蚀
形成抑制产物污染 种清洁生产工艺[1]
酶水解法存缺点制约发展 (1)
纤维素酶分子难进入纤维素部 致酶
水解反应速度慢 糖率高[8] (2) 目前制造活性
强酶 费较高 较高成阻碍纤维素制取乙
醇工艺实化规模化研究 (3) 酶成较高 纤
维素酶解需量酶 实际应中
酶回收利必措施 酶回收利
难度较 致酶水解法推广应受定
限制[22] (4) 预处理水解程中 产生量
抑制物 酶活性产生影响[23]
纤维素原料生产燃料乙醇需突破技术关
键 (1) 提高纤维素糖解率糖发酵成乙醇转
化率 (2) 降低纤维素酶生产成 (3) 研究新高
效纤维素酶回收利方法 (超滤膜吸附
等) (4) 开发先进乙醇发酵精馏工艺设备 (
步糖化发酵法 SSF固定发酵技术等) (5) 通基
工程微生物进行选择培养增加酶产率
提高酶活性 (6) 开发出新微生物解决戊糖难
发酵问题[8 22]
31212 发展建议
(1) 扩原料源 避免粮食争目前国
玉米原料生产乙醇 样仅生产成高
容易击粮食市场应该影响粮食
前提 计划开辟片荒偏僻
种植燃料乙醇原料长远 应该种植
富含纤维素原料 积极开发纤维素技术制备乙醇
(2) 积极引进新技术 开发新工艺 快拥
知识产权核心技术 搞综合利 降低燃料乙
醇生产成 更具竞争力
(3) 国家应该予相应政策财力支持
适税收补贴等 促进燃料乙醇快实现产业化
规模化
(4) 防止工业乙醇规模生产程中外流
法分子利
(5) 整顿国乙醇市场 规范乙醇行业理
整行业发展布局进行统规划 分步实施 避
免出现混乱 促行业产业化方协调发展
4 中国石油生物质源开发规划现状
国家日益重视生物质源开发利
环境 中国石油天然气股份限公司 (简称
中国石油) 建设具国际竞争力源公司
目标 积极推进生物源产业发展 促进社会义新
农村建设 发展循环济 改善生态环境国家政
策指导 立足生物源原料元化 制宜
合理布局 满足公司市场责区油品稳定供应
承担起国型石油公司政治济社会责
411 中国石油生物质源发展思路部署
中国石油发展生物质源贯坚持非粮原
发展生物质源应争粮 粮争
促进粮食源双赢十五末
中国石油发展生物质源达目标 (1) 建设
1 000万亩燃料乙醇生物柴油原料基 (2)
非粮燃料乙醇生物柴油目标 做项目推
进工作 成熟 建设 (3) 成品油销售紧密
配合 完善销售网络
十五期间 公司发展重点放燃料乙
醇生物柴油方面 积极参系列前期工作
科研开发
生物柴油方面中国石油具资源潜力国
省份周边国家进行资源调查 关科
研机构院校合作 开展油料植物良种选育繁育
技术研发工作 重点工艺优化环境保护副产品
深加工等方面开展研究工作 形成具知识产
权专技术中国石油积极参生物柴油原料
成品等国家标准制定修订工作 开展生物柴油
方面国家政策研究生物柴油原料供应生产
加工产品销售等运行模式探索工作 密切关注
国外生物柴油产业发展动态 进行踪研究相
关数库建设维护
燃料乙醇方面中国石油积极参燃料乙醇原
料资源调查 编制燃料乙醇总体规划分省规划 启
动合资合作项目前期工作开展建设项目行
·5901·第 7Π8 期 陈 曦等 生物质源开发利性研究 编制修订标准相关研究 进行燃料乙
醇相关专题研究 建设燃料乙醇数库中国石油
设立源作物优种研究基金 资助燃料乙醇原料
优种选育繁殖等方面生物技术研发工作 国
家方关农业科研院校合作 进行研发
工作 研究种原料综合利技术 形成技
术纤维素制燃料乙醇方面进行科研攻关 燃
料乙醇生产工艺优化环境保护生物化工等方面
开展研究工作 形成具知识产权专技术
412 中国石油生物质源工作进展
2001 年 中国石油集团吉林省成立全国第
家陈化粮加工生产燃料乙醇企业吉林燃料乙
醇限责公司6 年 中国石油已全面进入
燃料乙醇生物柴油生物质源链条
中 力发展新源格局已初见端倪
十五期间 中国石油生物源重点
发展燃料乙醇作国家推广乙醇汽油工作领导
组副组长单位 中国石油配合国家完成乙醇汽油
推广工作 累计销售乙醇逾千万吨 占全国半
吉林燃料乙醇项目通两次改造 燃料乙醇
生产力已达 50 万吨Π年该厂工艺装备技术
员均处国领先水 积累量验 树立
国燃料乙醇生产典范
中国石油已生物源作期新源业务发
展重点 公司十五发展期间集中发
展核心业务 断拓展新兴源业务 努力公司建
设成具较强竞争力国际源公司成立生
物源产业领导组 勘探生产分公司组建
新源处 负责煤层气等非常规油气资源生物
源等生源开发利组织协调工作
2006 年 11 月 中国石油四川省签署中国
石油天然气股份限公司四川省民政府关生
物质源产业发展合作框架协议成立联合领
导组办公室前期进行建立生物柴油中试基
分析评价手段麻疯树良种选育培育基建设
生产技术济性研究等系列基础研究
2007 年 1 月 11 日 中国石油天然气股份限公
司国家林业局签署合作发展林业生物质源框架
协议 正式启动云南四川第批林业生物质源
林基建设次合作协议包括云南四川第批
林业生物质源林基建设 面积 60 万亩 建成
实现约 6 万吨生物柴油原料供应力中国石
油云南四川等合作中 优良树种选育
规模种植产出物收购网络建设 中国石油
林业部门合作 农民提供必资金技术支持
确保农民实惠种开发式补贴式
合作方式未甜高粱木薯(加工燃
料乙醇) 工作中延续
中国石油重视实调研考察交流2006 年
3 月 赴四川重点考察生物源发展状况资源
情况 赴云南河北湖南蒙等实调研油料原
料林基建设 赴印度考察交流麻疯树种植基
验中国石油进步稳健发展生物质源
坚实基础
中国石油生物质源发展领域积极开展外
交流合作 国外公司 BP 公司生物质源
方面进行研讨 双方组建联合工作组 生物源
方面开展合作 德国鲁奇意利梅洛尼奥利
格雷斯等公司进行生物柴油工艺技术交流
参 考 文 献
[ 1 ] 袁振宏( Yuan Z H) 吴创(Wu C Z) 马隆龙(Ma L L) 等
生物质利原理技术 ( Principle and Technology for
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江西林业科技(Jiangxi Forestry Science and Technology) 2006
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[ 3 ] 姚君( Yao XJ) 田宜水(Tian Y S) 生物质资源清洁转
化利 技 术 ( Clear Conversion Technology for Bio2Energy
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Conservation) 2006 6 71 —74
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2006 29(11) 1 —7
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滑油燃料(Lubes and Fuels) 2006 16(77) 7 —10
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食油脂(Cereals and Oils) 2006 10 11 —14
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(Liquor Making) 2005 32(2) 13 —16
[21] 斌( Yu B) 齐鲁 (Qi L) 化工进展 (Chemical Industry and
Engineering Progress) 2006 25(3) 244 —249
[22] 陈伟红(Chen W H) 闫德冉( Yan D R) 杜风光 (Du F G)
农业技术(Agriculture & Technology) 2006 26(4) 29 —32
[23] 刘翔 (Liu X) 国庆 ( He G Q) 粮油加工食品机械
(Machinery for Cereals Oil and Food Processing) 2003 8
67 —69
·7901·第 7Π8 期 陈 曦等 生物质源开发利
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生物质源开发利
陈 曦1 3 韩志群2 孔繁华1 胡徐腾1
(1 中国石油天然气股份限公司石油化工研究院 北京 100083
2 中国石油天然气股份限公司勘探生产分公司新源处 北京 100011)
摘 文概述生物质源特征发展生物质源意义 综述国外生物质源开发
利现状 简介中国石油天然气股份限公司生物质源发展思路部署工作进展中国石油天然
气股份限公司生物质源发展策略重点放发展生物柴油燃料乙醇文结合公司生物质源长期发
展战略实际工作开展情况分生物柴油燃料乙醇两方面详细探讨面生物质源化工关
键技术需求 提出相关发展建议
关键词 生物质源 生物柴油 燃料乙醇 中国石油 化工关键技术
中图分类号 TK6 S216 TQ517 2 文献标识码 A 文章编号 10052281X(2007) 07Π821091207
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Chen Xi1 3 Han Zhiqun2 Kong Fanhua1 Hu Xuteng1
(1 PetroChina Petrochemical Research Institute Beijing 100083 China
2 PetroChina Exploration & Production Company Beijing 100011 China )
Abstract This paper briefly introduces the features of bio2energy and summarises the significance for developing
bio2energy The global status of bio2energy exploration and development are comprehensively overviewed The bio2energy
development plan strategy and progress in PetroChina Ltd are simply introduced PetroChina focus its bio2energy
development strategy on biodiesel and ethanol fuel On the basis of Company’s bio2energy long2term development strategy
and combined with the practices the key chemical technology requirements to develop biodiesel and ethanol fuel are
discussed Suggestions and comments for the development are proposed
Key words bio2energy biodiesel ethanol fuel PetroChina key chemical technology
1 引言
源类社会生存发展物质基础着
世界济持续快速发展 国源需求剧增
化石燃料资源限 导致油价长期居高 源
压力日益凸显世界国高速发展济时
环保求越越高全世界保护类
然资源生态环境出发寻求种新清洁安全
持续发展源体系生物质源蕴藏量极
丰富 生源组成部分 产
业化规模化前景生源 国源结
构中占重位科学家国政府生物质
源予极关注 采取种举措促进生物质源
新技术开发研究
生物质指生循环机物
质 包括动物植物微生物 生
命体排泄代谢机物质[1] 生物质指
直接间接通植物光合作 太阳化学
形式贮存生物质体种量形式 够
作源利生物质统称生物质
第 19 卷 第 7Π8 期
2007 年 8 月
化 学 进 展
PROGRESS IN CHEMISTRY
Vol 19 No 7Π8
Aug 2007源[2] 生物质生物质载体广义 生
物质太阳种形式 转化常规固
态液态气态燃料 取竭 种
生源[3]
生物质具特点 (1) 贮量丰富
生性 保证源永续利 (2) 环保性 生物质
源利程中显著降低 CO2 排放 减少温室效
应积极意义 利转化程中减少硫化
物氮化物粉尘等排放 (3) 生物质源具普
遍性易取性 生产程较简单 (4) 生源
中 生物质唯储存运输源 (5) 生物
质具分布分散量密度热值低成分复杂等
缺点[1 2]
生物质源开发利种生物质原料
通途径转化高附加值生物质源生物
材料石油产品代品副产品等环境友产品
全程[4] 生物质源转化利途径包括燃烧热
化学法生化法化学法物理化学法等 转化
二次源 分热力电力固体燃料 (木炭成
型燃料) 液体燃料 (生物柴油甲醇乙醇植物油
等) 气体燃料(氢气生物质燃气沼气等) [1]
前 生物质源开发利包括生物质发电
制甲醇燃料乙醇二甲醚生物柴油等方面年
生物质源发展生物柴油燃料乙醇
开发利方面占重越越
生物柴油种油脂(包括植物油动物油脂
废餐饮油等) 原料 转酯化加工处理生产
出种液体燃料 优质石化柴油代品生
物柴油十六烷值闪点燃烧功效含硫量含氧
量燃烧耗氧量生物降解性环保性等方面均优
普通柴油外生物柴油缺点 运动黏
度高 雾化力低 低温启动性差等目前 工业生
产生物柴油应酯交换化学法生产部分
工厂酯交换工艺传统两步法反应
提纯动物油脂植物油脂低碳醇酸碱
生物酶等催化进行转酯化反应 生成相应脂
肪酸酯 洗涤干燥生物柴油[1]
燃料乙醇指汽油中加入定例水乙
醇代部分代车汽油[5] 燃料乙醇提
高汽油辛烷值 增加汽油含氧量 提高汽油抗爆
指数 减少汽车尾气中污染物排放
量[6] 目前乙醇生产方法两类 发酵法
化学合成法国乙醇生产发酵发酵法
利微生物 酵母菌 氧条件糖
类淀粉类纤维素类物质转化乙醇程化
学合成法石油天然气裂解气等原料化
学反应制造乙醇 乙烯直接水合法硫酸吸附法
乙炔法等方法[1]
2 国外生物质源应现状趋势
源需求日益高涨 矿产资源面枯竭背
景 世界国生物质源越越重视 纷纷制
定实施相应开发研究计划日阳光
工程印度绿色源工程巴西酒精源计
划等目前世界生物液体燃料生产集中美
国巴西欧盟等农产品富余国家
211 巴西
生物源开发领域 巴西始终处全球领头
羊位置 巴西生物源占国家源消费结
构重巴西世界少数具备发展
源农业条件国家 具生物源提供原料
保障潜优势
20 世纪 70 年代中期起 巴西开始利甘
蔗生产燃料乙醇 30 年努力 巴西已建成完
整燃料乙醇产业链巴西目前世界唯供
应纯汽油国家 该国乙醇产量 97 燃
料[7] 2005 年巴西燃料乙醇消费量代年汽
油消费量 45 [8] 燃料乙醇成巴西支柱产
业 利巴西保证源安全促进济发展增加
业巴西 20 世纪 80 年代开始实行生物柴
油计划终成太高终止2003 年 7 月 2
日 巴西政府重新启动生物柴油计划 生物柴油
研究开发方面投资逐步增加巴西蓖
麻油原料生产生物柴油 现正推广试验中
外 巴西政府通国际合作清洁发展机制
(CDM) 支持生物质发电[9]
212 美国
美国生物质利包括乙醇生物柴油生物
电工业程利 规模种植源作物
豆玉米日葵[9] 生物质源美国国
生源20 世纪 30 年代 美国开
展燃料乙醇研究应工作2006 年美国超
巴西成世界生物燃料领先生产国美国
世界早研究生物柴油国家目前美国生
物柴油豆生产原料 时积极探索
途径工程微藻法等生产生物柴油[7]
2030 年 美国工业部门生物质消费量年
2 例增加 电力消费生物质 10 年
·2901· 化 学 进 展 第 19 卷翻番[9]
213 欧洲
欧洲开发生物源高度重视 新技术断出
现 较国家应根欧盟刚刚制订
欧盟生物质行动计划 2010 年生物质消
费量较 2003 年增加倍欧洲国家
开发应甲醇乙醇生物柴油液体燃料[1] 预
计 2010 年欧盟乙醇汽油量增 215 —
257 万吨2005 年欧盟生物柴油产量猛增 31814
万吨 预计 2010 年达 800 —1 000万吨[7] 欧
盟计划生物柴油柴油中添加例 2005 年
2 提高 2010 年 5175 需求量 2005 年
490 万吨增加 2010 年1 400万吨 5 年增长 2
倍 燃料乙醇 2005 年 100 万吨提高 2012
年2 000万吨左右[9]
214 中国
缓解源压力 国关生物源生物材
料产业研究已年历史国生物质
源农业废弃物农林加工废弃物薪柴城市生活
垃圾等国生物质潜资源量非常巨 利
现代生物质技术 开发生物质源意义重 前景十
分广阔积极发展生物质源 加快实施石油代
战略 改变国传统源生产消费模式 仅
利缓解源危机保障源安全 特殊意义
助解决三农问题效缓解环境
压力 实现源战略农业增收环境保护
赢
目前国生产生物燃料燃料乙醇 原
料部分玉米木薯等 考虑粮食安全问题
国正力发展纤维素原料制乙醇解决生物
柴油原料源 国力开发非粮 栽种麻
疯树黄连木文冠果等油料植物 进行相关科学
研究国生物柴油研发处起步阶段 发
展前景广阔
期国家发改委国生物燃料产业发展作出
统筹安排 计划十五实现技术产业化 十二五
实现产业规模化 2015 年发展根国家中
长期发展规划目标 2020 年 开发生物质量
少达 15 亿吨标准煤 中 30 传统生物
质 70 源农林业提供 生物液态燃料生产规
模达2 000万吨 中燃料乙醇1 500万吨 生物
柴油 500 万吨[10] 届时国生物质源消费量
占整石油消费量 20 生物燃料产业
更具国际竞争力
3 生物质源开发利技术需求发展建议
目前世界国努力发展生物代燃料生
物柴油燃料乙醇 取成绩 然面
生产成高原料源稳定市场风险关
键技术瓶颈等难题生物质源开发利长
路走
3 1 生物柴油
3 1 1 技术需求
目前工业生产生物柴油方法采取酯
交换法 包括酸碱催化法生物酶催化法工程微
藻法超界法等[11]
年 国外较研究采脂肪酶催化酯
交换反应生产生物柴油 动植物油低碳醇通
脂肪酶进行转酯化反应 制备相应脂肪酸酯
方法优点 (1) 反应温度低 反应条件温
(2) 醇量 污染排放 节省源 (3) 破坏油
脂效成分 回收甘油等成分 (4) 酶法油
脂选择性 处理普通植物油脂 直
接处理废油(沟油甘水油等) [1]
目前酶法酯交换方法存问题 (1) 脂肪酶
机溶剂中易聚集 易分散 催化效率低 (2) 脂
肪酶价格昂贵 导致生物柴油生产成高[11] (3)
反应黏度高 (4) 脂肪酶短链醇转化率低 短
链醇酶定毒性 酶寿命短[12] (5) 副
产物甘油难回收 抑制反应进行 酶产生毒
性[13] 提高脂肪酶重复利性酶选择
性寿命反应时间降低脂肪酶价格成
酶催化法生产生物柴油关键技术
解决问题 通酶修饰酶分子
生物印迹酶晶体交联酶纯化方式预处理
程酶固定化等途径脂肪酶进行改性
酶充分分散机溶剂中短链醇脂肪酶
毒性 采分步添加短链醇方法 浓度维持
较低水 减轻脂肪酶毒性 副产物甘
油反应体系副作 般采级酶反应器
线时分离反应副产物甘油 效减少甘油
反应体系副作[14]
目前研究者研究孔高岭石固定酶催
化剂酶固定 解决酶重复利性问题 该催化剂
活性高寿命长易分离[15] 研
究者通基工程技术建构微藻生产油脂 进
行酯交换反应生产生物柴油[11]
年超界法生产生物柴油较发
·3901·第 7Π8 期 陈 曦等 生物质源开发利展 传统催化法反应机理致相
需催化剂传统方法相 超界法
优点 (1) 提高反应速率 缩短反应时间[11]
(2) 产品收率更高[15] (3) 皂化物生成 简化
产品续分离工艺 工艺更简单 降低成[12]
(4) 催化剂 反应程中排放废酸
废碱 污染环境目前超界法未规
模工业化 技术瓶颈超界法高温
高压条件进行 导致耗高 生产成降
需加研发力度 早实现超界法
规模工业化应
目前国外研究者采取新手
段方法强化酯交换反应 武汉工业学院食品科学
工程学院等进行麻疯树籽油超声波辅助酯交换
反应实验研究 表明超声波辅助酯交换反
应超声波辅助酯交换反应转换率更高 时
降低催化剂量超声波空化作
传统搅拌技术相更容易实现介质均匀混合 消
局部浓度均匀 提高反应速度 刺激新相形
成 团聚体起剪切作时 导致
分子间强烈相互碰撞聚集 反应物表面形
态表面组成反应活性发生显著变化[16]
Gryglewicz[17] 研究超声波固体催化剂催化菜籽
油甲酯化反应辅助作 发现超声波效缩
减反应时间通超声波强化反应 发现 Ba (OH) 2
Ca (OMe) 2 催化活性接 NaOH 催化
活性 说明超声波作传质程极强化
发现加入溶剂四氢呋喃 体系溶性增强 反应
速率提高
报道表明微波离子液体等反应程强化
手段酯交换反应研究Breccia 等[18]
微波强化酯交换反应 发现微波强化作 酯交
换反应速率提高 快 2 min 完成反
应吴芹等[19] 利离子液体催化棉籽油酯交换反
应制备生物柴油结果表明 离子液体具
催化活性 离子液体容易产物分离 具稳
定性 循环 环境污染 制备生物柴
油较理想催化剂
目前生物柴油生产需解决技术问题
生物柴油倾点高影响低温启动性燃烧残留物
微酸问题甘油分离技术残留甲醇甘油
腐蚀性问题等
31112 发展建议
(1) 力选高产含油植物 计划发展源
作物 应先进生物工程技术发展生物柴油
源产业 妥善解决油料作物农产品争问题 形
成稳定生物柴油原料供应
(2) 国尚未出台关生物柴油国家标
准 现市场厂家法规范质量标准 快
建立关生物柴油质量生产流程工艺设计等
方面国家标准 助生物柴油市场健康
发展
(3) 国家政策应该力支持促进生物柴油产业
化发展实行政府引导支持市场机制相结合
发展方针 税收补贴方面予适激励
(4) 国家应科研攻关产业创新方面加支
持力度 突破关键技术瓶颈 降低生物柴油综合利
成
312 燃料乙醇
31211 技术需求
糖类淀粉类原料生产乙醇工艺已十分
成熟 原料粮食 容易造成粮
食争局面 难长期满足源需求 生产
受限制纤维素资源丰富 种
生源 生物质资源 成生产燃料乙
醇原料年利纤维素原料转化生产燃
料乙醇较低成设备简单引起研究者浓厚
兴趣 纤维素原料生产乙醇发酵法生产
乙醇重点发展方[20 21]
纤维素原料成分包括纤维素半纤维素
木质素纤维素结构淀粉处 葡
萄糖聚合物 纤维素原料生产乙醇程分
两步第步纤维素水解葡萄糖等发酵
糖 糖化程 第二步发酵液发酵乙醇
纤维素原料组成成分结构非常复杂
木质素半纤维素纤维素保护作纤维素
身晶体结构 催化剂难纤维素接触 直
接影响糖化水解发酵程必须纤
维素原料进行预处理 脱木质素 改变纤维素
结构 增加效表面积 提高效率 时避
免糖降解损失 避免产生水解发酵程
起抑制作副产品[20 21] 预处理成占利纤
维素原料生产燃料乙醇总成部分
选高效简便预处理方式降低整生产成
·4901· 化 学 进 展 第 19 卷积极意义 燃料乙醇研究
重点方
水解两种方法酸水解酶水解 酸
水解程中 量酸氧化剂等化学试
剂 水解条件较苛刻 续处理困难 生成许
副产品 酶水解生化反应 微生物产生纤维
素酶 生产工艺包括酶生产原料预处理纤维素水
解等步骤酶水解选择性强 常压进行 反应
条件温 微生物培养维持仅需少量原料
量消耗 生成单产物 糖转化率高 腐蚀
形成抑制产物污染 种清洁生产工艺[1]
酶水解法存缺点制约发展 (1)
纤维素酶分子难进入纤维素部 致酶
水解反应速度慢 糖率高[8] (2) 目前制造活性
强酶 费较高 较高成阻碍纤维素制取乙
醇工艺实化规模化研究 (3) 酶成较高 纤
维素酶解需量酶 实际应中
酶回收利必措施 酶回收利
难度较 致酶水解法推广应受定
限制[22] (4) 预处理水解程中 产生量
抑制物 酶活性产生影响[23]
纤维素原料生产燃料乙醇需突破技术关
键 (1) 提高纤维素糖解率糖发酵成乙醇转
化率 (2) 降低纤维素酶生产成 (3) 研究新高
效纤维素酶回收利方法 (超滤膜吸附
等) (4) 开发先进乙醇发酵精馏工艺设备 (
步糖化发酵法 SSF固定发酵技术等) (5) 通基
工程微生物进行选择培养增加酶产率
提高酶活性 (6) 开发出新微生物解决戊糖难
发酵问题[8 22]
31212 发展建议
(1) 扩原料源 避免粮食争目前国
玉米原料生产乙醇 样仅生产成高
容易击粮食市场应该影响粮食
前提 计划开辟片荒偏僻
种植燃料乙醇原料长远 应该种植
富含纤维素原料 积极开发纤维素技术制备乙醇
(2) 积极引进新技术 开发新工艺 快拥
知识产权核心技术 搞综合利 降低燃料乙
醇生产成 更具竞争力
(3) 国家应该予相应政策财力支持
适税收补贴等 促进燃料乙醇快实现产业化
规模化
(4) 防止工业乙醇规模生产程中外流
法分子利
(5) 整顿国乙醇市场 规范乙醇行业理
整行业发展布局进行统规划 分步实施 避
免出现混乱 促行业产业化方协调发展
4 中国石油生物质源开发规划现状
国家日益重视生物质源开发利
环境 中国石油天然气股份限公司 (简称
中国石油) 建设具国际竞争力源公司
目标 积极推进生物源产业发展 促进社会义新
农村建设 发展循环济 改善生态环境国家政
策指导 立足生物源原料元化 制宜
合理布局 满足公司市场责区油品稳定供应
承担起国型石油公司政治济社会责
411 中国石油生物质源发展思路部署
中国石油发展生物质源贯坚持非粮原
发展生物质源应争粮 粮争
促进粮食源双赢十五末
中国石油发展生物质源达目标 (1) 建设
1 000万亩燃料乙醇生物柴油原料基 (2)
非粮燃料乙醇生物柴油目标 做项目推
进工作 成熟 建设 (3) 成品油销售紧密
配合 完善销售网络
十五期间 公司发展重点放燃料乙
醇生物柴油方面 积极参系列前期工作
科研开发
生物柴油方面中国石油具资源潜力国
省份周边国家进行资源调查 关科
研机构院校合作 开展油料植物良种选育繁育
技术研发工作 重点工艺优化环境保护副产品
深加工等方面开展研究工作 形成具知识产
权专技术中国石油积极参生物柴油原料
成品等国家标准制定修订工作 开展生物柴油
方面国家政策研究生物柴油原料供应生产
加工产品销售等运行模式探索工作 密切关注
国外生物柴油产业发展动态 进行踪研究相
关数库建设维护
燃料乙醇方面中国石油积极参燃料乙醇原
料资源调查 编制燃料乙醇总体规划分省规划 启
动合资合作项目前期工作开展建设项目行
·5901·第 7Π8 期 陈 曦等 生物质源开发利性研究 编制修订标准相关研究 进行燃料乙
醇相关专题研究 建设燃料乙醇数库中国石油
设立源作物优种研究基金 资助燃料乙醇原料
优种选育繁殖等方面生物技术研发工作 国
家方关农业科研院校合作 进行研发
工作 研究种原料综合利技术 形成技
术纤维素制燃料乙醇方面进行科研攻关 燃
料乙醇生产工艺优化环境保护生物化工等方面
开展研究工作 形成具知识产权专技术
412 中国石油生物质源工作进展
2001 年 中国石油集团吉林省成立全国第
家陈化粮加工生产燃料乙醇企业吉林燃料乙
醇限责公司6 年 中国石油已全面进入
燃料乙醇生物柴油生物质源链条
中 力发展新源格局已初见端倪
十五期间 中国石油生物源重点
发展燃料乙醇作国家推广乙醇汽油工作领导
组副组长单位 中国石油配合国家完成乙醇汽油
推广工作 累计销售乙醇逾千万吨 占全国半
吉林燃料乙醇项目通两次改造 燃料乙醇
生产力已达 50 万吨Π年该厂工艺装备技术
员均处国领先水 积累量验 树立
国燃料乙醇生产典范
中国石油已生物源作期新源业务发
展重点 公司十五发展期间集中发
展核心业务 断拓展新兴源业务 努力公司建
设成具较强竞争力国际源公司成立生
物源产业领导组 勘探生产分公司组建
新源处 负责煤层气等非常规油气资源生物
源等生源开发利组织协调工作
2006 年 11 月 中国石油四川省签署中国
石油天然气股份限公司四川省民政府关生
物质源产业发展合作框架协议成立联合领
导组办公室前期进行建立生物柴油中试基
分析评价手段麻疯树良种选育培育基建设
生产技术济性研究等系列基础研究
2007 年 1 月 11 日 中国石油天然气股份限公
司国家林业局签署合作发展林业生物质源框架
协议 正式启动云南四川第批林业生物质源
林基建设次合作协议包括云南四川第批
林业生物质源林基建设 面积 60 万亩 建成
实现约 6 万吨生物柴油原料供应力中国石
油云南四川等合作中 优良树种选育
规模种植产出物收购网络建设 中国石油
林业部门合作 农民提供必资金技术支持
确保农民实惠种开发式补贴式
合作方式未甜高粱木薯(加工燃
料乙醇) 工作中延续
中国石油重视实调研考察交流2006 年
3 月 赴四川重点考察生物源发展状况资源
情况 赴云南河北湖南蒙等实调研油料原
料林基建设 赴印度考察交流麻疯树种植基
验中国石油进步稳健发展生物质源
坚实基础
中国石油生物质源发展领域积极开展外
交流合作 国外公司 BP 公司生物质源
方面进行研讨 双方组建联合工作组 生物源
方面开展合作 德国鲁奇意利梅洛尼奥利
格雷斯等公司进行生物柴油工艺技术交流
参 考 文 献
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·7901·第 7Π8 期 陈 曦等 生物质源开发利
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