生物丁醇分离技术的研究进展及发展趋势

生物基（正）丁醇是一种重要的化学品和替代燃料,其主要制备途径为糖质底物的丙酮-丁醇-乙醇（ABE）发酵。受制于发酵副产物多、溶剂浓度低、产物共沸等因素,传统的生物丁醇分离过程存在分离能耗大、成本高等问题,制约其产业化制备。为解决生物丁醇分离的技术瓶颈,近年来,应用新型分离技术实现与ABE发酵过程的耦合成为研究的热点。本文综述了生物丁醇分离技术的最新研究进展,讨论了基于汽液平衡、相转移、膜分离技术等新型分离方式的技术特点;并针对多级分离级联系统开发、面向终产物的精馏技术的新趋势、新特点进行剖析和讨论。随着分离技术的发展和进步、生物炼制工艺开发和集成,生物丁醇的制备成本可望进一步降低,提升市场竞争力。     

生物丁醇的副产物制备羧甲基纤维素

以玉米秸秆和玉米芯制生物丁醇的副产物为原料制备羧甲基纤维素(CMC),讨论了原料的不同处理方法、碱和醚化剂物质的量之比值以及自制助剂E1^#对CMC性能的影响,并用哈克旋转流变仪和傅里叶红外光谱(FT-IR)对产物进行分析和表征。研究表明以未经过蒸汽爆破处理并经过双氧水漂白处理的玉米秸秆制生物丁醇的副产物为原料制备CMC最为理想;当碱/醚化剂物质的量比值在2.0左右时,CMC产品的黏度较高,当碱/醚化剂物质的量比值在2.3左右时,CMC产品的取代度较高;自制助剂E1^#可明显提高CMC的黏度;CMC水溶液的黏度随着剪切速率的增大而降低,表现出很强的剪切稀释性;制得的CMC在1500～1700 cm^-1处有羧甲基基团的强吸收峰。得到的CMC产品的理化数据指标为:pH值7.8～8.3;含水率≤6.6%;黏度(2%,25℃)35～6300 mPa·s;取代度0.65～1.16。     

Thermodynamic analysis and heat integration for hydrogen production from bio-butanol for SOFC application: Steam reforming vs. autothermal reforming

Thermodynamic analysis of hydrogen production by steam reforming and autothermal reforming of bio-butanol was investigated for solid oxide fuel cell applications. The effects of reformer operating conditions, e.g., reformer temperature, steam to carbon molar ratio, and oxygen to carbon molar ratio, were investigated with the objective to maximize hydrogen production and to reduce utility requirements of the process and based on which favorable conditions of reformer were proposed. Process flow diagram for steam reforming and autothermal reforming integrated with solid oxide fuel cell was developed. Heat integration with pinch analysis method was carried out for both the processes at favorable reformer conditions. Power generation, electrical efficiency, useful energy for co-generation application, and utility requirements for both the processes were compared.     

加速发展我国生物航空燃料产业的思考

为了减少温室气体排放,应对欧盟征收碳排放费用,加速发展生物航空燃料产业已引起许多国家的高度重视。各国已成功进行了多次军用和民用飞机采用混合生物航空燃料或生物航空燃料的试飞,但目前仍处于试飞和安全性评估阶段,尚未实现商业化生产。一些国家已经或正在建设生物航空燃料的示范装置/工业装置,所采用的技术一类是两段加氢,另一类是气化合成。其中UOP公司开发的两段加氢技术要解决的技术难点主要是强放热反应会引起催化剂床层温度超标;而简化合成气生产工艺是生物质气化合成生产生物航空燃料的关键所在。未来生物航空燃料工厂的原料和生产技术主要有海藻油两段加氢和生物丁醇转化生产生物航空燃料。加速发展我国生物航空燃料产业的主要问题是原料来源和技术来源。我国三大石油公司建设的麻风树种植基地共240×104亩,全部建成投产后每年可以得到麻风果油64.8×104t,预计2020年我国建设的能源林基地可提供600×104t以上的生物柴油原料,2015年农作物秸秆可达到9×108t,现在的问题是要尽快落实到位;从我国现有技术和新技术开发情况看,利用具有完全自主知识产权的技术还是有条件的。同时,加速发展我国生物航空燃料产业也离不开政府有关部门的重视和支持。     

PDMS涂覆的Al2O3中空纤维膜在ABE/水体系分离中的应用

通过浸渍-提拉的方法制备了PDMS涂覆的Al2O3中空纤维膜,并系统地研究了其用于ABE/水体系的分离过程。首先对制备出的膜进行了形貌表征,SEM电镜照片表明,所用的Al2O3中空纤维支撑体具有非对称结构,海绵孔位于膜壁的中间而指状孔在其两侧。制备出的PDMS涂覆的Al2O3中空纤维复合膜表面致密完好没有缺陷,其厚度小于10μm,说明PDMS层被均匀地涂在支撑体外表面。然后在不同的模拟体系(丙酮-水、丁醇-水、乙醇-水)中,系统地考察了复合膜的性能。实验表明,复合膜具有优异的渗透汽化性能(通量和分离因子)。最后将该复合膜用于ABE-水体系的分离,考察了膜在操作过程中的渗透汽化性能和稳定性,同时将二元体系与四元体系过程对比,讨论渗透汽化对ABE体系的分离作用。