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酶法制备生物柴油技术


清华大学化工系刘德华教授课题组创新性地提出了酶法制备生物柴油新工艺,新工艺从根本上解除了传统酶法工艺的技术瓶颈,酶的使用寿命较常规酶法工艺延长了30倍以上。该酶法新工艺具有广泛的油脂原料适用性,可以适用于高游离脂肪酸和水分的油脂原料,如地沟油、浦水油、棕榈油等。这些低品质油脂原料不需经过任何预处理就可被有效转化成生物柴油,油脂原料里的有效油脂到生物柴油的转化率高达98%以上。

研发团队研究了不同脂肪酶的底物特异性,并由此提出将不同催化性能的脂肪酶组合使用用于生物柴油的制备工艺,完善了酶法新工艺对不同碳链长度、不同饱和度的油脂原料的适用性。进而根据生物柴油反应体系的相平衡特征,设计出了高效节能的新型气升式环流反应器,不仅有效地实现了整个反应过程的连续化操作运行,还显著提高了整个过程的综合经济效益。

为进一步降低酶法制备生物柴油的生物催化剂成本,课题组开展了全细胞催化剂在生物柴油制备中的应用基础研究。目前,已在细胞固定化策略和固定化载体优化上取得重大研究进展,开发出的全细胞催化剂在转化含酸废弃油脂制备生物柴油领域显示出很好的工业化应用前景,相关研究成果获得2009 年度国际"环境与能源Eni 奖"提名。

在对相关技术和装备有效集成的基础上,本课题组开发的酶法制备生物柴油新技术以及副产物甘油发酵制备1,3 丙二醇项目已完成产业化前期示范。酶法制备生物柴油新技术的产业化运行结果表明,该酶法新工艺可以适用于包括潮水油、地沟油、棕榈油以及麻风树油等在内的各种低品质油脂。这些油脂不需经过任何处理就可在常温常压下被有效转化成生物柴油(脂肪酸甲酯或乙酯) ,有效油脂到生物柴油的最终转化率超过98% 。整个生产过程环境友好,项目具有良好的经济效益和社会效益,已引起国内外众多知名企业的高度关注。


技术创新点

酶法制备生物柴油新工艺具备以下技术创新点:开发高效酶催化剂和反应体系,解决酶快速失活的技术难题;成功开发温和条件下的在线脱水技术;实现用油脂制备生物柴油的产业化应用;中间产物、副产物高值化转化;开发高效生物反应器;完成理论、工艺、装备和系统集成。


工艺优势


技术专长优势:刘德华教授的项目研发团队成员均为行业内知名科学家和技术产业化专家,兼具多年合作关系和广泛国际化经验;

先期研发优势:酶法生物柴油工艺已经得到工业化规模生产验证;

研发平台优势:依靠国际平台(如:中巴气候与能源中心、中拉联合实验室等)、清华大学创新资源平台、深圳清华大学研究院平台、清华东莞创新中心平台等进行产业化推广;

产业化优势:团队内部形成了密切牢固的合作关系;团队与湖南信汇良好合作,已在巴西完成中试试验;培养了一支专业的产业化队伍;

工艺流程优势:工艺流程简介高效,自动化连续化。


新工艺发展历程

小试装置—在北京、湖南、广东建设各类小试装置8套,包括酶法生物柴油生产工艺、装备、催化剂等;

中试装置—建成酶法生物柴油中试装置3套(1套在巴西),包括中试300吨/年(湖南),大试2万吨/年(湖南);

大试装置—生物柴油大型工业性试验装置历经近10年的改造优化,年产生物柴油2万吨,产品符合国家标准及欧盟和美国的标准,部分产品出口欧洲。


商业化技术改造项目

传统酸碱法生物柴油生产过程能耗高,设备易腐蚀,后续污水处理压力大,在原有设备的基础上通过技术改造升级,将原有技术路线改为酶法工艺路线可以有效地解决上述问题,启迪德清通过技术授权改造四川梅州一家传统生物柴油工厂,85%以上的生产设备仍可以继续使用,通过添加新型专用反应器和酶回收装置,改变原有工艺,实现了小投入,大产出的理想结果, 也为更多传统生产工艺改造树立了典范。


国际合作

巴西:
2011年4月被列进中巴两国政府重点支持合作项目,是能源与生物化工领域项目(共6项);

2017年4月与巴西意向合作方签署合作协议,共同推进新建项目可研与相关准备工作,联合巴西技术合作伙伴对当地不同原料开展试验测试;

2019年12月在科技部与中国驻巴西使馆的支持下,推动与巴西萨阿拉州政府合作,推动双方在技术领域的深度合作,并与客户签署合作协议,大力推动项目落地。

马来西亚:
2018年,清华大学与马来西亚政府原产业部签署战略合作协议,以酶法生物柴油技术为核心技术支持,对马来西亚生物柴油产业进行支持,以便提升其生产效率,降低成本,并对其低品质原来开展商业化生产验证;

2019年5月,清华大学、马来西亚棕榈油局、启迪清洁能源三方共同签署《棕榈生物柴油示范科研项目》,推动酶法工艺技术与棕榈油产业的深度融合,同时启动棕榈基生物柴油在市政环卫车辆上测试,为打造绿色交通,建设地毯城市寻找切实可行的能源解决方案。


国际交流

与哥伦比亚、阿根廷、 泰国、印尼、尼日利亚、英国,瑞典、丹麦等生物柴油及生物液体燃料领域专家学者、企业与政府开展多层次技术投资与合作交流。


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