农作物秸秆快速热解创制靶向腐植酸环境材料及应用

一、成果简介

（一）成果概述

针对我国年产约13.5亿吨的农林废弃物缺乏大宗高值化利用技术、高达55亿亩退化土壤缺乏绿色修复材料的两大世界难题，提出快速热解控氧的新理念，发明农林废弃物自混合下行床快速热解制腐植酸原创技术与成套装备，破解了油中控灰、异重流化与返料、钾离子导致结焦死床等十大生物质热解工程难题。目前国际上工业化的万吨级生物质快速热解装置不到10套，其中本技术为5套，并建成世界单套规模最大的20万吨/年装置(国外最大为加拿大3.6万吨/年)，首次实现农林废弃物快速热解制腐植酸的工业化，液体收率提高15%以上，含灰由≥10%降至≤0.1%；生物腐植酸纯度≥96%，活性官能团比土壤腐植酸高≥3倍，无易致癌多环芳烃，成本不到现有腐植酸的1/3。

针对不同污染退化土壤复杂体系的修复需求，将生物腐植酸通过可控化交联聚合反应创制了系列高值靶向腐植酸环境材料，发明了生物腐植酸可控交联聚合反应工艺和装备，实现了靶向腐植酸环境材料的工业化连续生产；系列靶向腐植酸环境材料已在20多个省市示范和推广应用，现场应用效果表明靶向腐植酸环境材料能够改善土壤性能，提高作物品质与产量，实现退化土壤可持续修复，社会和环境效益显著。

（二）技术特点及技术指标

1．解决的关键问题

我国农林废弃物年产约13.5亿吨，因缺乏大规模高值利用技术，导致露天焚烧造成严重的环境污染和资源浪费；同时又因重金属污染、盐碱化和沙化等造成的退化土壤已高达55亿亩，严重威胁着食品安全和粮食安全。腐植酸是国际公认的绿色高效土壤修复环境材料。如何利用农林废弃物快速热解制取腐植酸环境材料，变废为宝，实现原子循环经济，尚无先例，是我国乃至世界生物质产业极具挑战性的全新课题。

目前生物质快速热解技术均以制取液体燃料为主，要求最大化脱氧以提高产品热值，原子经济性差，尚处研发与示范阶段；但制取腐植酸则相反，要求最大化保留氧以提高产品活性。该项目历经15年攻关，通过基础研究、工艺和设备以及产品的原始创新，建成世界最大规模的快速热解装置，引领生物质快速热解技术的发展，总体技术处于国际领先水平。

2．国内外技术对比

（1）由于农林废弃物热解制腐植酸技术为首创，国内外尚无同类技术。比较接近的为生物质快速热解制油技术，目前国际上各类万吨级装置不到10套，其中该项目为5套，并建成世界上单套规模最大的20万吨/年工业化装置（国外最大为加拿大6万吨/年），占全球产能的80%以上。相比已工业化生产的Twente大学的旋转锥式和Ensyn工程师协会的循环流化床生物质快速热解技术：

（2）铬污染土壤修复治理是世界性难题，尽管国内外研究的技术方案很多，但尚无真正工业化的技术，也无公认的成功工程案例。作为国际率先工业化的铬污染土壤可持续修复技术，与国际上目前正在进行工业示范的硫酸亚铁法及实验室研究的EDTA络合法相比：

（3）尽管盐碱地改良方法有物理改良(客土、压沙、合理灌溉等)、生物改良(耐盐作物和微生物等)、水利工程(暗管排水洗盐等)、化学法（脱硫石膏法等）等，但真正大面积应用的不多。与目前正在应用、代表国际先进水平的暗管排水洗盐法和脱硫石膏化学改良法相比：

3、前景及经济社会效益分析

本成果开辟了一条由农林废弃物快速热解创制系列靶向腐植酸环境材料用于重金属污染、盐碱化和沙化等退化土壤修复的绿色循环全新产业链，具体经济社会效益表现在：

产品提质。与国际先进水平相比，本技术液体收率提高15%以上，腐植酸纯度提高40%，活性官能团提高3倍，成本降低80%。

提高土壤修复效果。重金属污染土壤脱毒≥99.92%，污染不反弹，修复后即可种植；吉林松原原生重度盐碱地改良后种植水稻，产量由26公斤/亩提升到659公斤/亩。

降低土壤修复成本。土壤修复成本大幅度下降，实现一次修复，持续有效。对于盐碱地与重金属污染土壤改良的成本分别不到现有技术的30%与50%。

农民增产增收。全国农业技术推广服务中心示范显示，腐植酸材料改良土壤后小麦、玉米与水稻平均增产6.2%、8.9%、与10.6%，西红柿、洋葱分别能增产25%与30%，亩增效10000元以上。

增加企业效益。仅以两家合作企业为例，近三年新增产值3.95亿元、增收节支38.3亿元以上。极大提高了企业的积极性，为此产业与当地经济发展提供助力。

二、技术成熟程度

研制开发阶段，形成样机、样品或软件

三、推广合作方式

整体转让、技术许可、作价入股、合作开发

四、团队简介

中国石油大学（华东）能源绿色低碳高值化利用创新团队以中国工程院谢克昌院士为学术顾问、田原宇教授为学术带头人，现有成员7人，其中教授4人，副教授3人，团队成员相继获全国先进工作者、国家百千万人才、国家有突出贡献中青年专家、享受国务院特殊津贴、山东省优秀党员、山东省先进工作者、教育部新世纪优秀人才、孙越崎青年科技奖、山东省青年科技奖等荣誉称号，是一支以中青年教师为主，学缘和年龄结构合理、学历层次高、创新能力强、工程经验丰富的充满生机活力的创新团队。牵头获国家技术发明二等奖和国家科技进步二等奖各1项，山东省技术发明奖、山东省科技进步奖、中国石化联合会科技进步奖等省部级政府或社会力量设奖的一等奖17项；授权发明专利106项，其中美国专利14项；出版著作3部，发表学术论文209篇；培养博硕士 70 人，其中3 人获山东省优秀博士论文。另外，以团队为基础组建的实验室2010年获批山东省高校低碳能源化工重点实验室、2016年获批青岛市低碳能源化工工程实验室、2018年获批山东省高碳能源低碳化工程技术中心；2018年获青岛市科技进步一等奖（创新团队）。

    五、专利授权及申请情况

该项目已获授权美国发明专利3项、中国发明专利6项、中国实用新型专利9项，代表性授权发明专利如下：

1、美国发明专利：Process of maximizing production of chemical phase catalytic cracking crude oil with muti-stages in milliseconds in combination with hydrogenation.(US10508247B2)

2、美国发明专利：Integrated device for millisecond-level gas phase catalytic cracking reaction and separation.(US10822554B2)

3、美国发明专利：Stepwise solidus synthesis method for a micro-mesoporous calcium aluminate catalyst.(US10668461B2)

4、中国发明专利：原油毫秒分级气相催化裂解和加氢组合最大化制取化工原料工艺。（ZL201810341186.5）

5、中国发明专利：重油毫秒分级气相催化裂解制低碳烯烃工艺。（ZL201810341227.0）

6、中国发明专利：基于小分子烃活化强化的重油固载体毫秒热解工艺。（ZL201810341305.7）

7、中国发明专利：重油双反应管半焦循环床毫秒热解-气化耦合工艺。（ZL201810341313.1）

8、中国发明专利：劣质重油双反应管碱性毫秒催化裂解和气化耦合工艺。（ZL201810341347.0）

9、中国发明专利：一种倾斜长条立体帽罩与规整填料块耦合的复合塔板。（ZL201210404809.1）

六、受资助及获奖情况

1、国家自然基金面上项目：生物质大规模快速热解液化的基础研究（21076117），78万；

2、国家863计划课题：风沙区退化土壤腐植酸修复与调控研究（2012AA101404-7），75万；

3、山东省重大创新工程项目：项目名称:盐渍土生物液体腐植酸快速改良与地力培肥产品的研发与应用（2018CXGC0301），100万；

4、国家星火计划项目：生物质快速热解生产液体燃料油的新技术中试及产业化（2007EA741017）。

联系方式：0532-86983018。