我國“薯類原料酒精生產(chǎn)方法”獲得中國**金獎

編者按：大家知道，石油是重要的****能源和化工原料，其生成至少需要200萬年。隨著人類對石油需求的日益增長，石油資源的日益緊缺已成為不容忽視的問題，因此可以代替石油的再生能源生物質(zhì)乙醇受到了很多國家的關(guān)注。11月30日，第十四屆中國**獎頒獎典禮在北京舉行，天津大學(xué)石化中心張敏華科研團隊研發(fā)的生物質(zhì)能源**技術(shù)“薯類原料酒精生產(chǎn)方法”獲得了由世界知識產(chǎn)權(quán)組織和國家知識產(chǎn)權(quán)局聯(lián)合授予的中國**金獎。這套技術(shù)促進了我國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，為我國在世界生物質(zhì)能源爭得了一席之地。
　　
　　透過這一金獎，人們可以看到薯類原料酒精生產(chǎn)方法將給我國能源結(jié)構(gòu)帶來的變化，看到我國生物質(zhì)能源技術(shù)的重大突破，看到我國科技人員正在通過集成**、系統(tǒng)**在生物質(zhì)能源技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)跑世界。
　　
　　大家知道，石油是重要的****能源和化工原料，其生成至少需要200萬年。隨著人類對石油需求的日益增長，石油資源的日益緊缺已成為不容忽視的問題，為此，世界各國競相研究可替代石油的可再生能源。而在這可再生的能源中，生物質(zhì)乙醇是迄今為止*為成功的替代運輸燃料及乙烯生產(chǎn)原料。
　　
　　十多年來，天津大學(xué)石化中心主任張敏華教授帶領(lǐng)他的科研團隊瞄準(zhǔn)國際前沿和國家重大戰(zhàn)略需求，運用當(dāng)代化學(xué)工程及生物工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、先進技術(shù)及方法，歷經(jīng)了應(yīng)用基礎(chǔ)研究、工程放大和大規(guī)模工業(yè)化的全過程，破解了薯類酒精生產(chǎn)原料預(yù)處理、同步糖化濃醪發(fā)酵、復(fù)雜流程熱網(wǎng)絡(luò)合成與優(yōu)化等技術(shù)難題，**完成了大規(guī)模濃醪發(fā)酵技術(shù)在薯類燃料乙醇的工業(yè)應(yīng)用，實現(xiàn)了薯類酒精生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)**與系統(tǒng)集成，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的薯類酒精生產(chǎn)成套技術(shù)，并建成全球首套大規(guī)模木薯非糧燃料乙醇生產(chǎn)示范裝置，總體技術(shù)水平國際**。
　　
　　十年的**，十年的拼搏，張敏華教授帶領(lǐng)的科研團隊以“薯類原料酒精生產(chǎn)方法”為核心**，不斷攻關(guān)，目前形成了一個覆蓋了薯類酒精生產(chǎn)全過程的**保護群，建起了一整套支撐大規(guī)模薯類乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)平臺。
　　
　　**次跨越——中國傳統(tǒng)酒精生產(chǎn)技術(shù)**提升
　　
　　天津大學(xué)石化中心與生物質(zhì)能源技術(shù)結(jié)緣來自一次偶然的機會。1997年3月，中心迎來了幾位風(fēng)塵仆仆的訪客，黑龍江華潤金玉公司的負責(zé)人驅(qū)車數(shù)千公里慕名來到天津大學(xué)石化中心，找到張敏華教授求助。“這家企業(yè)投資5個億建設(shè)了一套年產(chǎn)10萬噸優(yōu)級玉米食用酒精裝置，但由于當(dāng)時國內(nèi)沒有掌握大規(guī)模食用酒精生產(chǎn)技術(shù)，裝置建成后開車失敗，半年多的試車投入3000多噸玉米沒有生產(chǎn)出1噸合格的食用酒精產(chǎn)品，企業(yè)面臨困境。”張敏華回憶說。由于天大化工學(xué)科在國內(nèi)化工領(lǐng)域的良好技術(shù)聲譽，企業(yè)帶著配套的設(shè)計院的同志一起慕名而來，希望他們能夠盡快為企業(yè)找到拯救這個項目的辦法。了解項目情況后，他們立刻組織科研團隊攻關(guān)，經(jīng)過連續(xù)多天晝夜進行模擬計算，文獻分析，并赴企業(yè)現(xiàn)場進行技術(shù)交流，確定了項目技術(shù)改造方案，通過雙方專家及技術(shù)人員半年多的夜以繼日的工作，企業(yè)*終以較少的投入完成了對原裝置的技術(shù)改造，裝置起死回生順利投產(chǎn)，生產(chǎn)出當(dāng)時國內(nèi)*好的優(yōu)級食用酒精，各項指標(biāo)超前達到2002年9月1日頒布實施的GB10343-2000特級食用酒精產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　作為當(dāng)時國內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模*大、產(chǎn)品質(zhì)量*好的年產(chǎn)10萬噸優(yōu)級玉米食用酒精裝置的投產(chǎn),結(jié)束了中國優(yōu)級食用酒精生產(chǎn)技術(shù)引進的歷史，標(biāo)志著我國已具備采用自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)高水平建設(shè)大規(guī)模超純食用酒精生產(chǎn)裝置的能力，推動了我國新的食用酒精標(biāo)準(zhǔn)(GB10343-2000)的修訂和頒布。鑒于我國食用酒精生產(chǎn)技術(shù)的提高及人民生活水平的提高，新的食用酒精標(biāo)準(zhǔn)對酒精產(chǎn)品各項雜質(zhì)指標(biāo)與原標(biāo)準(zhǔn)相比較都有一定的提高，并與國際酒精產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)接軌，新增了特級食用酒精產(chǎn)品規(guī)格，張敏華和他的團隊也由這一契機進入到國內(nèi)酒精生產(chǎn)技術(shù)行業(yè)。新國標(biāo)的頒布促進了天大技術(shù)的推廣，先后在山東九九世界生產(chǎn)規(guī)模*大的年產(chǎn)50萬噸特級食用酒精等10多套生產(chǎn)裝置上實現(xiàn)技術(shù)推廣應(yīng)用，累計形成了約115萬噸/年特級食用酒精的年生產(chǎn)能力，徹底改變了我國食用酒精的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，為中國白酒新工藝進步起到積極的推進作用。
　　
　　液態(tài)發(fā)酵的特級食用酒精產(chǎn)品對酒精發(fā)酵過程產(chǎn)生的高度危害雜質(zhì)甲醇、多元醇，醛類，以及受微量雜質(zhì)影響較大的口感等提出了嚴(yán)格的要求，主要應(yīng)用于勾兌飲料酒、飲料及**香水，與傳統(tǒng)固態(tài)白酒基酒相結(jié)合兌制的白酒，使傳統(tǒng)的固態(tài)白酒中有害雜質(zhì)含量大幅降低，在保持原酒固有風(fēng)格的同時，使固態(tài)白酒的主要感官指標(biāo)得到明顯提升。我國食用酒精產(chǎn)品質(zhì)量的整體提高符合人們“科學(xué)健康飲酒”新理念，以及酒精作為基本石油化工原料的理想替代品對酒精質(zhì)量提出的純度要求，促進了我國傳統(tǒng)酒精行業(yè)的技術(shù)升級換代。
　　
　　天津大學(xué)大規(guī)模超純食用酒精成套生產(chǎn)技術(shù)以其先進性在國內(nèi)酒精**市場獨占鰲頭。時任中國化工學(xué)會石化專業(yè)委員會主任喬映賓教授對該技術(shù)給予了高度評價，認(rèn)為“把中國酒精產(chǎn)業(yè)從傳統(tǒng)作坊式生產(chǎn)帶入現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)。”
　　
　　**次跨越——從食用酒精到燃料乙醇
　　
　　張敏華團隊在食用酒精生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)過程中，已注意到關(guān)于一些發(fā)達國家開始在生物質(zhì)能源領(lǐng)域，特別是被稱作“生物汽油”的燃料乙醇技術(shù)領(lǐng)域進行大規(guī)模的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作的文獻報道。1996年，我國**成為石油凈進口國，他們敏感地意識到作為石油替代資源的可再生生物質(zhì)能源將成為我國未來的重大戰(zhàn)略需求，研發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的生物質(zhì)能源及化工技術(shù)是他們作為科研工作者責(zé)無旁貸的重大使命。前瞻性的生物乙醇技術(shù)的研發(fā)及工業(yè)化技術(shù)儲備，為贏得技術(shù)先機創(chuàng)造了條件。2000年12月，國家為了積極、穩(wěn)步地推進我國燃料乙醇的試點和規(guī)劃工作，國家批準(zhǔn)黑龍江華潤酒精有限公司年產(chǎn)10萬噸燃料酒精改擴建項目正式啟動，公司通過調(diào)研決定采用天津大學(xué)技術(shù)建設(shè)我國**套年產(chǎn)10萬噸燃料乙醇生產(chǎn)示范裝置。
　　
　　2001年3月，“十五”國家重點示范裝置——國內(nèi)**套年產(chǎn)10萬噸燃料乙醇生產(chǎn)示范裝置采用天津大學(xué)技術(shù)建成并一次開車成功，填補了我國燃料乙醇生產(chǎn)及銷售的空白，實現(xiàn)了由“造酒”到“造汽油”的技術(shù)跨越，開啟了我國生物質(zhì)能源的新時代。示范裝置開發(fā)并應(yīng)用了“超大型生物反應(yīng)器放大技術(shù)”、“超大型混合內(nèi)件技術(shù)”、“高效變壓變溫分子篩吸附脫水技術(shù)”及“廢醪液治理及綜合利用技術(shù)”等多項燃料乙醇生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)及裝備，形成了具有******的燃料乙醇成套生產(chǎn)技術(shù)，為我國剛剛起步的燃料乙醇產(chǎn)業(yè)大規(guī)模健康持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)保證。
　　
　　隨著我國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，該技術(shù)得到廣泛應(yīng)用及推廣，先后在黑龍江、吉林、山東和安徽等地相繼建成了包括國家燃料乙醇定點生產(chǎn)單位中糧生化能源(肇東)有限公司、安徽豐原生物化學(xué)股份有限公司和吉林燃料乙醇有限責(zé)任公司等8套燃料乙醇生產(chǎn)裝置，國內(nèi)技術(shù)覆蓋率80%以上，生產(chǎn)的燃料乙醇產(chǎn)品符合國家GB18350—2001燃料乙醇產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。混配的車用乙醇汽油目前在我國黑龍江、吉林、遼寧、安徽、河北和山東等省市銷售使用。
　　
　　2009年，項目形成的科研成果“燃料乙醇生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)及裝備”榮獲黑龍江省技術(shù)發(fā)明一等獎。
　　
　　第三次跨越——從糧食原料到非糧原料
　　
　　張敏華主任介紹說，建于我國燃料乙醇推廣初期的**套年產(chǎn)10萬噸生物燃料乙醇生產(chǎn)示范裝置技術(shù)選擇主要借鑒美國“用玉米造生物汽油”的技術(shù)路線，隨著燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及我國“不與人爭糧，不與糧爭地”的基本國情，采用非糧原料成為燃料乙醇產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢。國家“可再生能源發(fā)展規(guī)劃”開始明確鼓勵以薯類作物、甜高粱莖稈、農(nóng)作物秸稈等纖維素等非糧生物質(zhì)為原料的燃料乙醇生產(chǎn)，開發(fā)非糧生物質(zhì)乙醇生產(chǎn)技術(shù)是我國可再生能源及資源領(lǐng)域的重大戰(zhàn)略需求，他們隨后將燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)的重點放在了非糧生物質(zhì)能源技術(shù)領(lǐng)域。
　　
　　木薯非糧原料不與糧爭地，經(jīng)濟上可行，在我國廣西、廣東、海南等南方可以大規(guī)模種植。但傳統(tǒng)薯類酒精企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，生產(chǎn)不穩(wěn)定，污染嚴(yán)重，作為燃料凈能量產(chǎn)出比為負值，沒有成熟的大規(guī)模薯類燃料乙醇成套生產(chǎn)技術(shù)，不能滿足我國薯類燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。他們針對大規(guī)模薯類燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)存在的技術(shù)瓶頸，經(jīng)過多年不懈努力，依托之前在玉米、小麥等傳統(tǒng)糧食酒精生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)過程中的積累及基礎(chǔ)研究成果，運用發(fā)酵過程調(diào)控機制、計算機流程模擬與優(yōu)化、計算流體力學(xué)、熱網(wǎng)絡(luò)合成與優(yōu)化等多學(xué)科理論與方法，重點突破原料前處理、木薯同步糖化濃醪發(fā)酵、復(fù)雜流程熱網(wǎng)絡(luò)合成與優(yōu)化、與精餾系統(tǒng)耦合的變壓吸附脫水及廢醪液資源化利用等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了木薯燃料乙醇關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)的突破和**。該研發(fā)工作申請了“薯類原料酒精生產(chǎn)方法”等20項**，已授權(quán)13項，并擁有多項專有技術(shù)，形成了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)、國際**水平的非糧燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)。2007年，采用該技術(shù)建成了世界生產(chǎn)規(guī)模*大的非糧燃料乙醇生產(chǎn)裝置——廣西中糧年產(chǎn)20萬噸木薯燃料乙醇生產(chǎn)示范工程，生產(chǎn)出合格的車用木薯乙醇汽油，產(chǎn)品得到了中石化和中石油等用戶的認(rèn)可。
　　
　　2011年1月，為了進一步做好非糧燃料乙醇技術(shù)的推廣工作，國家能源局組織了對該項目的技術(shù)后評價，以曹湘洪、孫寶國二位院士為負責(zé)人的專家組對項目給予了高度評價，“該項目在木薯燃料乙醇領(lǐng)域總體技術(shù)處于國際**水平，具有示范作用，建議推廣應(yīng)用。”
　　
　　**套木薯非糧燃料乙醇示范生產(chǎn)裝置的建成投產(chǎn)，標(biāo)志著天大張敏華科研團隊完成了燃料乙醇生產(chǎn)從糧食原料到非糧原料的第三次技術(shù)跨越，有力推進了我國生物質(zhì)能源領(lǐng)域的技術(shù)進步，使我國燃料乙醇行業(yè)的技術(shù)水平進入國際先進行列。
　　
　　2010年，“年產(chǎn)20萬噸木薯燃料乙醇示范工程”項目，榮獲廣西自治區(qū)科技進步一等獎；2011年，項目形成的科技成果“木薯非糧燃料乙醇成套技術(shù)及工程應(yīng)用”，榮獲國家科技進步二等獎。
　　
　　“薯類原料酒精生產(chǎn)方法”系列技術(shù)作為平臺技術(shù)，其應(yīng)用范圍已擴展到了甜高粱莖稈非糧乙醇生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。2010年9月，他們承擔(dān)了國家非糧燃料乙醇定點生產(chǎn)單位——中興能源(內(nèi)蒙古)有限公司年產(chǎn)3萬噸甜高粱莖稈燃料乙醇項目蒸餾及脫水裝置的技術(shù)開發(fā)及工程設(shè)計項目。2011年12月，裝置建成并投產(chǎn)運行，生產(chǎn)出合格的燃料乙醇產(chǎn)品，該裝置為我國**套工業(yè)規(guī)模的甜高粱莖稈非糧燃料乙醇生產(chǎn)裝置。
　　
　　“薯類原料酒精生產(chǎn)方法”系列**還通過《**合作條約》(PCT)途徑申請了國際**，進入了美國、巴西、泰國等生物質(zhì)能源技術(shù)發(fā)達或酒精生物質(zhì)原料豐富的國家，拓展了國外技術(shù)市場。目前已與泰國、孟加拉國等國家的相關(guān)酒精生產(chǎn)企業(yè)達成了技術(shù)出口合作意向。
　　
　　“薯類原料酒精生產(chǎn)方法”系列**開創(chuàng)了我國該領(lǐng)域**技術(shù)許可方式為主的產(chǎn)業(yè)化推廣先例。截至2012年12月，該**形成的成套生產(chǎn)技術(shù)在非糧燃料酒精生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)許可10個項目，累計獲得**技術(shù)使用許可費合同額1,913萬元。
　　
　　第四次跨越——生物乙醇利用從能源到資源
　　
　　中國**金獎是我國在**領(lǐng)域由政府頒發(fā)的*高獎項，這一次也是天津大學(xué)**獲得這一獎項。“這次獲獎是國家對天津大學(xué)整體科技**能力的肯定，也是對我們這些科研工作者十幾年來不懈探索攻關(guān)的*好褒獎。”張敏華教授表示，天津大學(xué)石化中心也將以此為動力和契機，瞄準(zhǔn)國際生物質(zhì)能源技術(shù)領(lǐng)域的下一代技術(shù)窗口繼續(xù)展開科研攻關(guān)。據(jù)介紹，目前世界各國重點在突破生物乙醇的資源化利用和纖維素乙醇等前沿技術(shù)，天大石化中心也在做著這些領(lǐng)域的技術(shù)攻關(guān)與儲備。
　　
　　張敏華主任介紹：“大家都知道石油被主要用作燃料和化工原料，我們把用生物乙醇混配汽油稱作‘能源化利用’，把用生物乙醇生產(chǎn)化工原料稱作‘資源化利用’，目前我們已掌握由生物乙醇到化工原料乙烯大規(guī)模成套生產(chǎn)技術(shù)，并擁有由平臺化合物乙烯生產(chǎn)醋酸乙烯、環(huán)氧乙烷等下游化工產(chǎn)品的成套生產(chǎn)技術(shù)。”今年10月，采用天津大學(xué)石化中心自主技術(shù)建成的廣西廣維化工年產(chǎn)5萬噸生物乙醇制乙烯及其年產(chǎn)10萬噸醋酸乙烯聯(lián)合生產(chǎn)裝置一次試車成功，并生產(chǎn)出高品質(zhì)乙烯和醋酸乙烯產(chǎn)品，標(biāo)志著全球首套大規(guī)模生物質(zhì)制取聚乙烯醇生產(chǎn)線全流程貫通，形成了完整的綠色化工循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，使我國一舉跨入了生物乙烯及醋酸乙烯生產(chǎn)技術(shù)國際**行列，實現(xiàn)了我國生物乙醇“資源化利用”的重大突破。
　　
　　第五次跨越——尋找纖維素乙醇之路
　　
　　纖維素乙醇則被稱為新一代生物質(zhì)能源及基本化工原料，其生產(chǎn)技術(shù)是利用地球上廣泛存在的纖維素生物質(zhì)原料進行乙醇的生產(chǎn)，目前世界主要發(fā)達國家在這個領(lǐng)域都投入了大量的人力物力進行研發(fā)。我國生物質(zhì)資源十分豐富，每年僅農(nóng)作物秸稈就產(chǎn)生7億多噸，如果50%的秸稈被利用生產(chǎn)纖維素乙醇產(chǎn)品，產(chǎn)生的油氣當(dāng)量相當(dāng)于再造了一個大慶油田。為此，張敏華領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊又將目光瞄準(zhǔn)市場前景更被看好的纖維素乙醇。
　　
　　2011年6月，張敏華團隊承擔(dān)了山東濟南圣泉集團年產(chǎn)2萬噸纖維素乙醇生產(chǎn)裝置的技術(shù)研究及工程化，突破了纖維素物料黏度高、酶解發(fā)酵效率低、酶制劑用量大及生產(chǎn)能耗高等制約纖維素乙醇等技術(shù)瓶頸，大幅度降低了生產(chǎn)成本，顯示出較強的經(jīng)濟性和市場推廣前景。裝置于2012年10月10日建成投產(chǎn)，生產(chǎn)出合格的纖維素乙醇產(chǎn)品，實現(xiàn)了我國纖維素乙醇技術(shù)由科研到工業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)的突破，是目前國內(nèi)外實際運行的大規(guī)模纖維素乙醇生產(chǎn)裝置之一，標(biāo)志著我國已經(jīng)具備了大規(guī)模纖維素乙醇生產(chǎn)工業(yè)化設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)及條件。
　　
　　一次次攻關(guān)，一次次跨越，張敏華領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊在糧食酒精、木薯非糧燃料乙醇、生物乙烯及衍生物技術(shù)實現(xiàn)技術(shù)突破之后，又在農(nóng)作物秸稈纖維素非糧生物質(zhì)乙醇生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域取得重要突破。為了表彰張敏華教授對于我國化工及生物質(zhì)能源技術(shù)發(fā)展做出的貢獻，2012年被授予“侯德榜化工科學(xué)技術(shù)獎”**獎。
　　
　　回眸天津大學(xué)的生物質(zhì)能源技術(shù)系統(tǒng)**之路，不斷開拓，不斷超越，通過集成與**，擁有了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物質(zhì)能源的成套生產(chǎn)技術(shù)，促進了我國生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，為我國在世界生物質(zhì)能源爭得了一席之地。張敏華教授和他領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊用自己的智慧和汗水，譜寫了一曲非糧作物變“石油”的科技樂章。