木质纤维素生物质制备高密度特种燃料 联产高附加值化学品

一、项目背景及意义

2060年前实现“碳中和”是我国向全世界提出的重大减排目标，也是我国未来可持续发展的重要方向。自然界中的生物质具有天然的固碳属性，是实现能源低碳化和固碳减排不可或缺的可再生碳资源。发展基于生物质的可再生液体燃料是我国“碳中和”发展的重点科技方向。液体燃料中的特种燃料具有高密度、高热值、低冰点的基本属性。但特种燃料不同于常规燃料和航空燃料，特种燃料由多环多支链烃类构成，特异性的碳链结构导致了化石碳资源合成特种燃料难度较大。而木质纤维素基生物质分子组成中特殊的不饱和官能团和环状碳链结构，易于通过缩合增碳反应构筑多环、多支链型碳链结构，使其在特种燃料生产方面具有先天优势。

二、研究目标

总体目标

发展基于氢键调控的仿酶催化解聚策略，解析纤维素解聚过程中纤丝间氢键转变规律；探究生物质平台分子脱水重构过程关键调控因素及动力学特征；开发基于不同反应原理的定向增碳耦联技术，构建不同碳链结构的特种燃料产品合成路线。

项目指标

建立木质素脱出过程中仿生溶剂自循环的预处理理论与技术体系，处理过程木质素脱除率不低于85%。构建两种以上定向增碳耦联制备特种燃料前驱体的工艺方法，特种燃料前驱体收率不低于80%。完成百吨级生物质高密度特种燃料示范装置建造，增碳耦联过程特种燃料前驱体产品收率不低于85%，特种燃料产品最终收率不低于80%。

三、研究基础

1.研究团队

中国科学技术大学低碳能源研究实验室及合作单位中国科学院广州能源研究所，作为国内首批生物质利用技术研发单位，长期从事生物质制备高性能燃料分子及高附加值化学品技术的相关研究。承担了包括国家973/863科技计划、国家重点研发计划、科技支撑计划等重大科技计划在内的国家级生物质利用技术研发项目。

2.研究成果

研究团队完成了百公斤每小时原料处理量木质素脱除装置的设备建造及调试，实现了在100℃条件下木质素大于80%的高效脱除；构建了双相连续反应体系，建立了我国首个千吨级5- 羟甲基糠醛生产示范线，产品出口荷兰Corbion公司；在此基础上建成了千吨级生物质戊酸酯类燃料生产示范工程，实现了98%以上纯度乙酰丙酸酯产品生产验证；在辽宁营口开展了木质纤维素制备航油千吨级系统的分离提质、增碳缩合和催化脱氧等各个技术单元的验证实验研究，产出的航煤产品性能达到生物航油ASTM- D7566相关标准要求。工程，并实现了98%以上纯度乙酰丙酸酯产品生产验证。