對目前利用生物質(zhì)生產(chǎn)芳烴幾種路線以及研究進展進行評述。介紹了前景較好的代表性工藝，如：Anellotech公司開發(fā)的生物質(zhì)熱解制芳烴(Bio-AromaticsTM)工藝、Virent公司開發(fā)的生物基氫解糖類經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化制PX(Bio-FormingTM)工藝以及Gevo公司開發(fā)的生物質(zhì)異丁醇制芳烴工藝，并詳細分析了各工藝的原料來源、工藝流程、工藝條件等特點。分析幾種生物質(zhì)芳烴工藝生產(chǎn)成本，并對照傳統(tǒng)石腦油裂解重整制芳烴生產(chǎn)成本，分析各工藝經(jīng)濟性后，得出結(jié)論：Anellotech公司開發(fā)的生物質(zhì)熱解制芳烴工藝經(jīng)濟性成本與經(jīng)濟性最佳。在此基礎(chǔ)上，提出今后生物質(zhì)制芳烴的研究應當以提高原料利用效率、增加芳烴產(chǎn)率和選擇性為重點，開發(fā)適合生物質(zhì)轉(zhuǎn)化反應的催化劑和反應器。

芳烴(包括苯、甲苯、二甲苯，簡稱BTX)是重要的基本有機原料，利用芳烴資源可衍生出多種產(chǎn)品鏈，廣泛用于合成樹脂、合成纖維單體、涂料、燃料、醫(yī)藥以及精細化學品等領(lǐng)域。目前國內(nèi)外芳烴生產(chǎn)主要依賴石油資源，在芳烴聯(lián)合生產(chǎn)裝置中，在催化劑和高溫高壓的條件下經(jīng)過加氫、重整、芳烴轉(zhuǎn)化、分離等過程獲得苯、甲苯、二甲苯，工藝復雜。石油等化石燃料儲量有限，隨著化石燃料的大量消耗，原油價格不斷上升，以石油為主導的化工工業(yè)成本也不斷攀升。不僅如此，石油煉化過程中產(chǎn)生大量副產(chǎn)物及其它有毒氣體和廢料，嚴重污染環(huán)境。因此，尋找可再生、環(huán)保型的替代原料并將其轉(zhuǎn)化為芳烴產(chǎn)品便引起了國內(nèi)外許多公司和研究機構(gòu)的關(guān)注。

生物質(zhì)直接或間接來源于太陽能和植物的光合作用，包括植物、農(nóng)作物、林產(chǎn)物、海產(chǎn)物、農(nóng)林廢棄物、城市廢棄物(報紙、天然纖維等)，相對于石化資源而言儲量更加豐富，而且可再生[1]。全球每年生物質(zhì)產(chǎn)量約2000億噸，且80～200億噸的原始生物質(zhì)也有開發(fā)的潛力[2]。生物質(zhì)通過合理轉(zhuǎn)化可以生產(chǎn)多種有機化學品和燃料，利用生物質(zhì)制芳烴技術(shù)的開發(fā)和應用，不僅可以減少芳烴生產(chǎn)對石化與燃料的依賴性，也是緩解全球石油資源稀缺的替代工藝。

1生物質(zhì)制芳烴工藝發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，全球多家石油化工公司、生物化學品公司和高校均對生物法制苯、甲苯、二甲苯工藝產(chǎn)生濃厚興趣，開發(fā)了多種制備線路，并取得實驗室研究成果。在生物質(zhì)制芳烴工藝路線方面，除發(fā)酵路線外，與化工過程較為接近、且有發(fā)展前景的工藝路線有3條：生物質(zhì)先氣化為合成氣，再以合成氣為原料經(jīng)C1化工路線生產(chǎn)燃料和化學品;生物含烴原料在催化劑作用下進行熱解，可生產(chǎn)烯烴、芳烴等產(chǎn)品;以生物質(zhì)發(fā)酵的酮、醇類等發(fā)酵產(chǎn)物為原料，制備乙烯、丙烯、二甲苯等芳烴產(chǎn)品。國外多家公司在這些工藝開發(fā)上已取得初步成果，有的已計劃建設(shè)工業(yè)裝置，值得重點關(guān)注。以生物質(zhì)為原料制芳烴的幾種途徑如圖1所示。

1.1生物質(zhì)經(jīng)合成氣制芳烴

生物質(zhì)氣化是生物質(zhì)利用的重要方向之一，是在高溫條件下，將生物質(zhì)燃料中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃氣的熱化學反應。生物質(zhì)氣化的原料來源廣泛，可以用秸稈、薪柴、林業(yè)加工廢棄物等廢棄物資源，生物質(zhì)氣化的產(chǎn)品即合成氣，是一碳化工的源頭，可以用來生產(chǎn)甲醇、合成油等各種化工產(chǎn)品。

目前，利用合成氣制芳烴的途徑主要有兩種：合成氣經(jīng)費托合成制芳烴、合成氣經(jīng)甲醇制芳烴。

1.1.1合成氣經(jīng)費托合成制芳烴

費托合成(Fischer-Tropsch)是目前應用最廣泛的合成氣制燃料、化學品的生產(chǎn)工藝。自1923年發(fā)明以來，受到廣泛的關(guān)注，南非Sasol、美國Shell、Rentech等公司開發(fā)了多種費托合成技術(shù)。目前費托合成的原料合成氣大多來自煤氣化，以生物質(zhì)作為氣化原料與費托合成相結(jié)合，將合成氣轉(zhuǎn)化為燃料及其它化學品也是生物質(zhì)利用路線之一。費托合成按其反應體系的溫度可分為低溫費托技術(shù)和高溫費托技術(shù)兩大類。以Sasol公司開發(fā)的費托合成技術(shù)為例，低溫費托合成反應溫度約250℃，絕大部分產(chǎn)品為烷烴，不含芳烴;高溫費托合成反應溫度約350℃，產(chǎn)品中烯烴和烷烴含量超過80%，芳烴含量約6%[3]?？梢姡m然費托合成可作為生物質(zhì)氣化的一種轉(zhuǎn)化方式，但其主要產(chǎn)品烷烴和烯烴，芳烴僅占很小的一部分。

1.1.2合成氣經(jīng)甲醇/二甲醚制芳烴

目前，合成氣制甲醇/二甲醚技術(shù)成熟，且國內(nèi)甲醇產(chǎn)能過剩，將甲醇作為高附加值化學品的生產(chǎn)原料進行綜合利用不僅能消化部分甲醇產(chǎn)能，也為芳烴生產(chǎn)提供了一條可行的路徑。早在1985年，Mobil公司就在其專利中首次公布了甲醇、二甲醚轉(zhuǎn)化制芳烴的研究成果，但芳烴產(chǎn)率不高[4]。2002年Chevron Phillips公司也在專利中公布了采用兩種分子篩催化劑由甲醇、二甲醚為原料聯(lián)合生產(chǎn)芳烴的技術(shù)[5]。

近年來，國內(nèi)甲醇、二甲醚芳構(gòu)化的技術(shù)取得突破性進展，包括中科院山西煤炭化學研究所的固定床甲醇、二甲醚制芳烴(MTA)技術(shù)[6]和清華大學的甲醇、二甲醚循環(huán)流化床制芳烴(FMTA)技術(shù)[7]。其主要原理是：以甲醇或二甲醚為原料，采用改性ZSM-5催化劑，將甲醇、二甲醚轉(zhuǎn)化為以芳烴尾注的產(chǎn)物，經(jīng)冷卻分離將氣相產(chǎn)物低碳烴和液相產(chǎn)物分離，液相產(chǎn)物萃取得到芳烴，低碳烴類進一步芳構(gòu)化。目前，采用FMTA技術(shù)的100噸/年實驗裝置已連續(xù)穩(wěn)定運行上千小時。2010年6月，中國華電集團已決定采用清華大學的FMTA技術(shù)在山西建設(shè)萬噸級中試裝置和工業(yè)化項目[8]。此外，河南煤化集團研究院與北京化工大學合作對甲醇芳構(gòu)化催化劑性能改進開展研究，并取得階段性成果[9]。

無論是生物質(zhì)通過費托合成還是經(jīng)甲醇制芳烴，都需要經(jīng)過生物質(zhì)向合成氣的轉(zhuǎn)化。與煤相比，生物質(zhì)作為氣化原料具有：揮發(fā)分高、固定碳含量低的特點，其灰分和熱值明顯低于煤炭，且生物質(zhì)硫含量、氮含量低，氣化過程中產(chǎn)生的二氧化硫和氮氧化物較少，對環(huán)境影響小[10]，是一種優(yōu)良的合成氣生產(chǎn)原料。但生物質(zhì)的能量密度低，存在氣化時溫度過低、過程不易控制、設(shè)備易腐蝕、生成焦油多等諸多問題。不僅如此，生物質(zhì)氣化過程中生物質(zhì)原料中約有50%的碳被轉(zhuǎn)化成二氧化碳而不是一氧化碳，氣化效率低于煤炭。因此，目前合成氣的生產(chǎn)原料仍然以煤為主，目前甲醇制芳烴新建裝置都是采用煤氣化產(chǎn)生的合成氣為甲醇原料，未見采用生物基合成氣生產(chǎn)甲醇的報道。

1.2生物質(zhì)熱解制芳烴

生物質(zhì)熱解法制芳烴是以含烴的固態(tài)生物質(zhì)(如木質(zhì)、農(nóng)產(chǎn)品、海洋植物、代謝廢料、纖維廢料等)為起始原料，將其加熱分解產(chǎn)生熱解產(chǎn)品(揮發(fā)有機物)，在催化劑的作用下，經(jīng)脫氫、脫羰、脫羧、異構(gòu)化、聚合等一系列復雜反應，獲得苯、甲苯、萘、二甲苯、烯烴等產(chǎn)品。雖然同為全生物質(zhì)流程，熱解工藝不同于氣化工藝。氣化過程產(chǎn)生由CO、H2、CH4組成的合成氣。而熱解工藝則將生物質(zhì)直接轉(zhuǎn)化為液體燃料。

美國馬賽諸薩州立大學對生物質(zhì)木質(zhì)素催化裂解制芳烴工藝進行了深入研究，并開發(fā)了Biomass to AromaticTM工藝[11]，并成立Anellotech公司致力于將其推向工業(yè)化生產(chǎn)。Biomass to AromaticTM工藝以非糧食類生物質(zhì)(植物秸稈、廢木材等)為原料，通過CFPTM(catalytic fast pyrolysis，催化快速熱解)技術(shù)制芳烴，是目前發(fā)展前景較好的生物質(zhì)熱解制芳烴工藝[12]。2011年，該工藝建成實驗裝置，Anellotech計劃與合作者在2014年建成BTX產(chǎn)能為800萬加侖(2.6萬噸/年)的工業(yè)化裝置[13]。Biomass to AromaticTM工藝的流程如圖2。

CFPTM技術(shù)生物質(zhì)所含的結(jié)構(gòu)性分子(纖維素和木質(zhì)素)局部熱解為熱解蒸氣后，在催化劑的作用下經(jīng)一系列反應最終轉(zhuǎn)化為燃料產(chǎn)品和芳烴，同時產(chǎn)生焦炭、CO、CO2和水。工藝控制關(guān)鍵在于提高芳烴產(chǎn)品選擇性，同時降低結(jié)焦。Anellotech公司開發(fā)的Biomass-to-AromaticTM工藝將固態(tài)生物質(zhì)原料(如木材廢料、玉米秸稈、甘蔗渣等)干燥后研磨至粉末，與粉狀ZSM-5催化劑混合送入高溫循環(huán)流化床反應器中，以氣體渦流的形式充分混合并加熱;一定條件(600℃，0.1～0.4MPa)下，原料粉末經(jīng)過催化劑孔道時迅速轉(zhuǎn)化為芳烴，并在催化劑表面產(chǎn)生積碳使其失活;失活催化劑和反應產(chǎn)物一并移至網(wǎng)狀分離器，反應物經(jīng)冷凝、提純可獲得BTX產(chǎn)品，催化劑則送入再生系統(tǒng)恢復活性后返回反應器循環(huán)利用。再生系統(tǒng)內(nèi)部催化劑燒焦所產(chǎn)生的熱量可用于工藝供熱和供能。為防止水和氧氣對反應溫度控制產(chǎn)生不良影響，工藝過程采用無氧無水條件，反應物流以工藝產(chǎn)生的H2或CO/CO2氣體作為載體[14]。

Biomass-to-Aromatic工藝是一種高效的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化工藝，所有化學反應在一個流化床中完成，有效提高芳烴選擇性和產(chǎn)率，具備良好的工藝可行性。其工藝設(shè)備(反應器、催化劑再生器等)與石油煉化(如FCC)裝置類似，同時保證了快速的熱交換和流體動力以避免催化劑結(jié)焦，可依托現(xiàn)有煉化裝置進行改造;工藝催化劑采用石油煉化工業(yè)中廣泛應用的含有多孔硅/鋁構(gòu)造的ZSM-5沸石，雖然催化劑具體組成尚未公開，但據(jù)稱催化劑成本并不高昂。不僅如此，工藝過程所產(chǎn)生副產(chǎn)(焦炭、水、氣體、烯烴等)均可得到有效利用，裝置能源經(jīng)濟性良好[15]。

據(jù)Anellotech稱，采用該工藝目前1t生物質(zhì)可生產(chǎn)50加侖BTX產(chǎn)品，產(chǎn)率可達40%，預計未來BTX產(chǎn)率可達85加侖/噸生物質(zhì)[13]。當原油價格為50～60美元/桶時，由于產(chǎn)品無需進行進一步加工，該工藝具備與石油原料路線生產(chǎn)的BTX相競爭的成本優(yōu)勢[16]。

1.3生物基氫解糖類經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化工藝制PX

生物質(zhì)原料富含植物纖維，其中的木質(zhì)素、纖維素、半纖維素可以通過發(fā)酵酶解或催化劑加氫分解為醇、酚醛、酮、呋喃、酸等多種小分子混合的氫解物。在一定的反應條件和催化劑作用下，氫解物可經(jīng)脫氧、脫氫、環(huán)化等系列反應轉(zhuǎn)化為芳烴產(chǎn)品。

美國Virent公司與Wisconsin-Madison大學合作，將植物纖維水解與傳統(tǒng)催化加氫技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)了BioFormingTM工藝，于2011年宣布可從100%可再生的植物基糖類中成功制得PX產(chǎn)品，并為產(chǎn)品申請商標BioPXTM[17]。Virent公司目前正在與潛在的合作伙伴和客戶探討進一步擴大現(xiàn)有1萬加侖/年示范裝置能力大規(guī)模商品化的途徑，預計2015年將建成第一個商業(yè)化生物基PX裝置。

BioFormingTM工藝流程如圖3。

BioFormingTM工藝是在美國Virent公司纖維素多糖催化(CLS)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展的。生產(chǎn)原料來源廣泛，包括玉米、甘蔗和木質(zhì)等生物質(zhì)。工藝過程包括：將生物質(zhì)原料(玉米秸稈、木材廢料)水解轉(zhuǎn)化為富含碳水化合物(醇、糖、醛)的水解液;利用美國威斯康辛大學開發(fā)的液相重整(APR)技術(shù)，將糖類混合物脫氧轉(zhuǎn)化為單氧化合物(醇、醛等)，同時生成氫氣和二氧化碳，APR反應器為并流下行多管反應器，以活性碳負載鉑和鐵/錸金屬的非均相催化劑，在低溫(≤400℃)、低壓(≤5MPa)的條件發(fā)生系列反應[18];APR重整產(chǎn)品經(jīng)連續(xù)催化縮合和加氫脫氧反應獲得富含C5+烷烴、異構(gòu)烷烴以及芳烴的粗產(chǎn)品，經(jīng)簡單分離即可得到高辛烷值生物汽油和PX產(chǎn)品。加氫重整所需氫氣可使用APR反應副產(chǎn)氫氣，也可追加外源氫氣，副產(chǎn)C1～C4輕烴可作為工藝熱源。

BioFormingTM工藝所得重整產(chǎn)品組成與傳統(tǒng)石油煉化的重整產(chǎn)品組成十分接近，如圖4所示。從產(chǎn)品液相色譜圖和產(chǎn)品主要組分(表1)可以看出，Virent產(chǎn)品分布接近商用89號汽油，簡單分離后即可作為現(xiàn)代商用汽油的的替代品投入使用;而富含的C7/C8芳烴組分(BTX)則可單獨分離作為產(chǎn)品。

值得注意的是，BioFormingTM工藝將APR技術(shù)與傳統(tǒng)催化加氫、縮合等技術(shù)相結(jié)合，反應裝置可在現(xiàn)有煉化裝置的基礎(chǔ)上進行改造，每加侖產(chǎn)品的投資成本僅1.75～3美元;副產(chǎn)烯烴既可作為副產(chǎn)品也可用于裝置供能，過程經(jīng)濟性良好。

1.4以可再生原料制造的有機化學品制芳烴

近年來，以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)有機化學品的技術(shù)層出不窮，一些生產(chǎn)商也另辟蹊徑，先采用成熟工藝將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為附加值較低有機化學品，再將生物基化學品轉(zhuǎn)化為附加值更高的芳烴產(chǎn)品。

2009年，美國Gevo公司開發(fā)了以可再生原料發(fā)酵制醇類的GIFTTM(Gevo’s Integerated Fermentation Technology)工藝，并以生物質(zhì)醇為原料生產(chǎn)PX，已獲得實驗室產(chǎn)品，正與日本東麗工業(yè)公司合作建設(shè)工業(yè)化裝置[19];Gevo目前與美國South Hamton Resources化學品公司合作，購買了Agri-Energy公司的生物質(zhì)乙醇裝置并改造成產(chǎn)能為1800萬加侖/年的異丁醇裝置，在2012年第一季度建成。另外，美國德州South Hampton Resource公司裝置上計劃建設(shè)生物異丁醇基PX實驗裝置，預計在2014年能獲得生物基PX產(chǎn)品。

Gevo開發(fā)的以生物基醇類(主要為異丁醇)為原料制芳烴的生產(chǎn)工藝流程如圖5所示。

將生物質(zhì)原料由GIFTTM工藝轉(zhuǎn)化的C4醇類(異丁醇)[20-22]送入固定床管式脫氫反應器，采用BASF AL-3996型γ-鋁催化劑進行脫氫反應，在250～350℃、0.4～1.4MPa的條件下得到C4烯烴(異丁烯)，異丁醇轉(zhuǎn)化率超過99%;所得丁烯在聚合反應器中，以150～180℃、5.2MPa下以ZSM-5為催化劑獲得C8烯烴(2,4,4-三甲基戊烯、2,5-二甲基己烯)，未聚合的異丁烯可作為稀釋劑返回脫氫環(huán)化反應器，以有效提高PX選擇性;C8烯烴在固定床反應器中進行脫氫環(huán)化，在高溫(400～600℃)低壓(≤0.1MPa)的條件下，采用含有氧化鉻和鋁的BASF D-1145E1/8型催化劑獲得可再生PX產(chǎn)品，其PX選擇性超過75%，純度達99%，可直接用于進一步氧化生產(chǎn)PTA或PET。

該工藝可在溫和環(huán)境下實現(xiàn)PX轉(zhuǎn)化，避免在環(huán)化反應中由于高溫造成的原料裂解副產(chǎn)物;同時，工藝可直接生產(chǎn)高純度PX產(chǎn)品，省去了異構(gòu)化、芳烴分離等復雜工藝，生產(chǎn)過程相對簡單。缺點在于：脫氫環(huán)化催化劑在高溫環(huán)境下容易積炭，每15min需移出再生，需要多個反應器切換操作。

根據(jù)Gevo與日本東麗公司于2011年2月簽訂的協(xié)議，自2012年Gevo將供應1000噸/年生物基PX，供應量將在5年內(nèi)增長至5000噸/年。此外，Gevo還探索了生物基丙酮制二甲苯工藝，采用晶體粒度為2000nm的ZSM-5分子篩作為催化劑，丙酮經(jīng)過連鎖反應合成異丁烯后裂解得到二甲苯產(chǎn)品[23]，但目前還未見工業(yè)化報道。

1.5其它生物質(zhì)芳烴轉(zhuǎn)化路線

除上述正在工業(yè)化的代表工藝外，多個大型石油煉化公司及高校也積極地開展生物質(zhì)芳烴轉(zhuǎn)化技術(shù)開發(fā)。

UOP在其專利中采用生物質(zhì)原料(葡萄糖或多糖)合成DMF(二甲基甲酰胺)，并與乙烯通過催化環(huán)加成(Diels-Alder)生成DMF的呋喃環(huán)，隨后與氧雜雙環(huán)庚烯衍生物開環(huán)并脫水得到PX[24-25]。美國北卡羅萊納大學以生物質(zhì)線性單烯(乙烯、丙烯、丁烯以及C5/C6烯烴)為原料，在催化劑的作用下轉(zhuǎn)化為對應的C5/C6共軛二烯(1,3戊二烯、2,4-己二烯等)，并進一步與乙烯發(fā)生加氫環(huán)化(Diels-Alder)反應得到帶有1～2個甲基的環(huán)己烯，最后催化脫氫得到甲苯和二甲苯產(chǎn)品[26]。

此外，采用生物質(zhì)原料與傳統(tǒng)蒸氣裂解工藝相結(jié)合也是實現(xiàn)生物基芳烴生產(chǎn)的有效途徑。BASF公司以生物質(zhì)熱解油或木質(zhì)素也作為熱解原料，經(jīng)臨氫催化裂解反應轉(zhuǎn)化為烯烴和芳烴，提純后產(chǎn)品與石油煉制產(chǎn)品類似，且不需要改變生產(chǎn)裝置基礎(chǔ)設(shè)施的配置[27]。韓國SK能源公司將煤或木材液化得到生物質(zhì)合成油，分離后：C1～C5組分進入輕烴分離過程生產(chǎn)烯烴，C6～C10組分進入芳烴分離單元和烷基轉(zhuǎn)移單元，得到苯、甲苯、二甲苯產(chǎn)品，C11+重油經(jīng)回收進入加氫單元循環(huán)利用[28]。該工藝所生產(chǎn)的BTX濃度高，同時選擇性生產(chǎn)丙烯等低碳烯烴，使總產(chǎn)品價值得到提升。Total采用生物基油脂(如椰油)為蒸汽裂解原料，部分加氫處理后與石腦油原料按一定比例混合蒸汽裂解，產(chǎn)品分餾后可獲得烯烴、雙烯烴、芳烴和汽油等產(chǎn)品[29]。但該方法主要產(chǎn)品為C1～C4烯烴，芳烴含量較低。

2生物質(zhì)制芳烴工藝經(jīng)濟性分析

上述幾種生物質(zhì)制芳烴新工藝是目前發(fā)展前景較好的工藝路線，由于所用生物質(zhì)原料、工藝特點、投資費用、技術(shù)復雜程度各不相同，其經(jīng)濟性存在差異。下文將通過對幾種代表性工藝對比，以及芳烴產(chǎn)品生產(chǎn)成本估算對幾種新工藝的工業(yè)化前景進行分析。

2.1幾種生物質(zhì)芳烴工藝的對比

根據(jù)對比分析，3種生物質(zhì)芳烴生產(chǎn)工藝條件都較為溫和，都未涉及嚴苛的高溫流程，其能源經(jīng)濟性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)煉化工藝(見表2)。從工藝流程上看，以Gevo開發(fā)的生物質(zhì)異丁醇制PX工藝最為復雜，預處理階段需經(jīng)過發(fā)酵工藝獲得異丁醇，PX轉(zhuǎn)化也需要多個反應條件各不相同的反應器連續(xù)操作，工藝最為復雜;從原料來看，Gevo異丁醇工藝采用玉米作為原料，價格雖不高，但屬于糧食作物，受采收季節(jié)影響較大，且需經(jīng)發(fā)酵為異丁醇后才能轉(zhuǎn)化為PX，原料利用率較低;Biomass-to-AromaticTM工藝采用生物質(zhì)多糖為原料，價格最高，且需加氫預處理;Biomass-to-AromaticTM工藝采用非糧生物質(zhì)：木屑作為原料，價格低廉，且僅需研磨干燥處理，是過程最簡單、原料最易得的生物質(zhì)芳烴生產(chǎn)工藝。

2.2芳烴工藝的經(jīng)濟性分析

根據(jù)2011年墨西哥灣的化工裝置經(jīng)濟性參數(shù)，對3種代表性生物質(zhì)芳烴工藝進行經(jīng)濟性分析，并與傳統(tǒng)石腦油裂解工藝進行對比。為統(tǒng)一計算標準，以各生產(chǎn)工藝產(chǎn)能為25萬噸/年P(guān)X的生產(chǎn)裝置為例，對裝置建設(shè)投資費用以及PX產(chǎn)品的生產(chǎn)成本進行分析。分析結(jié)果如表3所示。

從表3可見，PX產(chǎn)能同為25萬噸/年的情況下，3種生物質(zhì)制PX工藝中以Virent生物質(zhì)水解制PX的投資費用最高，需要10.59億美元，但都遠遠低于傳統(tǒng)石腦油裂解工藝所需的19.30億美元。其中，Gevo開發(fā)的生物基異丁醇制PX工藝投資費用最低，僅需6.09億美元。

各工藝原料價格和單耗不同，使其原料成本呈現(xiàn)較大差異，原油價格遠遠高于其它生物質(zhì)原料。所以，盡管裂解工藝原油單耗較低，其原料成本還是遠高于3種生物質(zhì)芳烴工藝。3種生物質(zhì)路線中，BioFormingTM工藝采用糖類為原料，雖然原料價格較高，但單耗低，其原料成本略低于Gevo異丁醇制PX工藝，但由于其催化劑和輔料成本較高，最終二者的總原料成本不相上下;而Biomass to AromaticTM工藝采用價格最低的木屑作為原料，加上工藝催化劑成本低廉，其原料總成本最低。

從幾種工藝的PX總生產(chǎn)成本來看，雖然傳統(tǒng)石腦油裂解工藝原料成本和投資相關(guān)費用最高，但由于裂解生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量石化副產(chǎn)品，這部分收益使其最終生產(chǎn)成本僅需1242.70美元/噸。而Gevo異丁醇制PX工藝和雖然投資費用較低，但其異丁醇原料費用較高，且副收益有限，最終生產(chǎn)成本高于其它兩種路線。Virent公司的工藝雖然原料成本較高，但由于副產(chǎn)收益客觀，表現(xiàn)出相當?shù)偷默F(xiàn)金成本，但一旦考慮與投資相關(guān)的費用以后，其生產(chǎn)成本也高于石腦油裂解工藝。Anellotech公司的工藝投資費用不高，原料成本低廉、能源經(jīng)濟性優(yōu)越，盡管副產(chǎn)收益有限，最終生產(chǎn)成本僅需836.40美元/噸，遠低于石腦油芳烴裝置和其它生物基路線。綜上所述，成本經(jīng)濟性上看，只有Anellotech公司的工藝可以與石腦油芳烴聯(lián)合裝置路線相競爭。

3生物質(zhì)制芳烴工藝存在的問題

與傳統(tǒng)芳烴路線相比，生物質(zhì)制芳烴工藝尚處于起步階段，能否實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)還未得證實，在未來推廣發(fā)展中，還存在許多潛在問題，主要有以下幾點。

(1)生物質(zhì)目前利用的首要問題是保證物料供應的穩(wěn)定性與可獲得性。目前世界生物質(zhì)儲量遠遠超過化石資源，但生物質(zhì)原料具有季節(jié)性、品種繁多、生產(chǎn)區(qū)域分散等特性，原料的獲得需依賴高產(chǎn)量的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟。特別是目前我國林業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展水平較低的情況下，以生物質(zhì)為原料的芳烴生產(chǎn)規(guī)模將受到局限。

(2)生物質(zhì)氣化技術(shù)是氣化制芳烴路線的難點，主要開發(fā)能夠適應各種原料的氣化技術(shù)、提高氣化爐的能量轉(zhuǎn)化效率、氣化產(chǎn)物的后處理過程等。此外，通過開發(fā)新型高效催化劑提高芳烴產(chǎn)率也是提高生物質(zhì)能源利用效率的途徑。

(3)目前工業(yè)化規(guī)模的PX裝置約100萬噸/年，是生物基PX裝置規(guī)模的4倍，而且需要建在可再生原料產(chǎn)地附近，要實現(xiàn)生物質(zhì)的大規(guī)模應用，裝置必須依靠高密度年產(chǎn)的作物生產(chǎn)，而國內(nèi)現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式無法滿足生物質(zhì)芳烴裝置的原料需求，需要龐大的供應鏈來解決原料和運輸問題，與傳統(tǒng)供應鏈相比，物流成本將大幅增加。

(4)由生物質(zhì)分解物向芳烴轉(zhuǎn)化的工藝技術(shù)開發(fā)是熱解和水解路線的關(guān)鍵，目前已公開的幾種工藝生物質(zhì)原料總轉(zhuǎn)化率和總芳烴產(chǎn)率都不及傳統(tǒng)石油路線。只有通過改進反應設(shè)備、催化劑等技術(shù)突破提高原料轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品收率，才能使生物質(zhì)芳烴轉(zhuǎn)化

(5)芳烴產(chǎn)品的應用前景與產(chǎn)品純度密切相關(guān)，生物質(zhì)制化學品的產(chǎn)物眾多、構(gòu)成復雜，可控性差、有效產(chǎn)率低是一直存在的問題。如果不能提高目標產(chǎn)品的選擇性和產(chǎn)率，生物質(zhì)芳烴的生產(chǎn)將毫無經(jīng)濟性可言。

4結(jié)語

生物質(zhì)向芳烴轉(zhuǎn)化路線是一條值得關(guān)注的芳烴生產(chǎn)路線。全球生物質(zhì)資源豐富，且與石資源相比，具備更優(yōu)越的環(huán)境友好性。開發(fā)以生物質(zhì)為原料的芳烴生產(chǎn)工藝在一定程度上可緩解當前芳烴生產(chǎn)對石油資源的高度依賴，對減少環(huán)境污染、提高資源利用率等方面具有十分重要的意義。

在化石資源日益稀缺的情況下，利用生物質(zhì)制芳烴產(chǎn)品的發(fā)展方向是毋庸置疑的，但目前生物質(zhì)生產(chǎn)芳烴技術(shù)仍處于技術(shù)開發(fā)階段。近年來，國內(nèi)外研究機構(gòu)開發(fā)了多種生物質(zhì)制芳烴工藝，通過多種方法提高生物質(zhì)利用效率和芳烴產(chǎn)率，取得了一定成果。有的已經(jīng)實現(xiàn)了小規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)、投入商品市場。但由于生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化存在著原料分散、利用效率低、生產(chǎn)成本高等問題，生物質(zhì)制芳烴在規(guī)模經(jīng)濟性上仍然和傳統(tǒng)石化路線存在一定差距，還不具備替代化石資源大規(guī)模生產(chǎn)芳烴的條件。

長遠來看，生物質(zhì)制芳烴技術(shù)的開發(fā)應當以提高原料利用效率、增加芳烴產(chǎn)率和選擇性為重點，開發(fā)適合生物質(zhì)轉(zhuǎn)化反應的催化劑和反應器。此外，依托現(xiàn)有裂解裝置，將生物質(zhì)資源作為部分原料，部分替代化石資源生產(chǎn)芳烴也是值得關(guān)注的利用方式。