全球首套!诺奖技术落地,生物基α-烯烃万吨线投产

【生物基能源与材料】获悉,10月6日,德国生物能源企业Verbio在Bitterfeld-Wolfen化工园区正式投产全球首套基于菜籽油甲酯的工业级乙烯醇解(ethenolysis)装置。项目投资近1亿欧元,年产能可达6万吨 生物基化学品,核心产品为1-癸烯(1-decene)和9-DAME(9-癸烯酸甲酯)。

该装置采用的技术路线,源自2005年诺贝尔化学奖成果烯烃复分解(olefin metathesis)。从获奖到万吨级装置落地,这条路走了21年。
Verbio原本是德国主要的生物柴油生产商之一,菜籽油甲酯(RME)是其核心产品。新装置投产后,同一原料的身份发生了转变:从燃料级产品,变成化学品级产品的原料。

01.
诺奖得主的催化剂,从实验室走向工业级
烯烃复分解,是一类在催化剂作用下让两个烯烃分子“交换伙伴”的反应。
2005年,Yves Chauvin、Robert H. Grubbs和Richard R. Schrock因这一领域的开创性工作获诺贝尔化学奖。其中,Schrock开发了第一种实用催化剂——钼基亚胺基亚烷基配合物,为后续工业化奠定了基础。
乙烯醇解是烯烃复分解的一个特例:乙烯与含内部双键的烯烃发生交叉复分解,将内部双键“切割”为两个新的端烯烃。
在Verbio的工艺中,反应物是菜籽油甲酯的主要成分油酸甲酯,CH₃-(CH₂)₇-CH=CH-(CH₂)₇-COOCH₃(含C9-C10位内部双键)和乙烯。在催化剂作用下,被精准切割为两个C10分子:
CH₃-(CH₂)₇-CH=CH-(CH₂)₇-COOCH₃(油酸甲酯) + CH₂=CH₂(乙烯) → CH₂=CH-(CH₂)₇-CH₃(1-癸烯) + CH₂=CH-(CH₂)₇-COOCH₃(9-DAME)
方程式两侧,1-癸烯和9-DAME同时生成。一个反应,两个高价值产品,没有副产物。

技术落地的关键瓶颈在催化剂效率。
学术文献指出,乙烯醇解工艺“一直受到低催化效率的阻碍”,即催化剂转化数(TON)不足以支撑工业级运行。Verbio的解法是直接收购技术源头:2018年,Verbio收购了诺奖得主Schrock创立的XiMo公司,拿到核心钼基催化剂体系,将乙烯醇解工艺从实验室推向工业级。
投产仪式上,Schrock本人到场。美国Elevance曾与Wilmar在印尼建设商业化乙烯醇解装置并实现出货,但后续未能持续运营。Verbio Bitterfeld装置是目前全球实现工业级运行的乙烯醇解装置。
02.
1-癸烯:从混合产物到定向产出
1-癸烯(CAS 872-05-9),分子式C₁₀H₂₀,结构式CH₂=CH-(CH₂)₇-CH₃,是一种直链α-烯烃。双键位于碳链末端,这一结构特征使其在齐聚反应中具有高反应活性和规整性,是合成PAO(聚α-烯烃)合成润滑油基础油的关键单体。
PAO是目前综合性能最好的合成润滑油基础油之一,广泛应用于汽车发动机油、航空润滑油、风力涡轮机润滑油等领域。
1-癸烯在BF₃或AlCl₃等催化剂作用下发生齐聚(主要为二聚、三聚、四聚),生成C₂₀-C₄₀范围的支链烯烃,再经加氢饱和得到不同粘度等级的PAO基础油。
传统生产路线上,1-癸烯主要依赖乙烯齐聚法获得。
其中最具代表性的是壳牌公司开发的SHOP工艺(Shell Higher Olefins Process),使用镍基配合物催化剂,将乙烯齐聚为C₄-C₃₀⁺的宽分布α-烯烃混合物。1-癸烯只是众多产物之一,需通过精馏分离提取。铬基、锆基体系虽可调控产物分布,但仍以混合α-烯烃为主,未实现1-癸烯的定向生产。换言之,在传统工艺中,1-癸烯的产率始终受限于产物分布。
Verbio的乙烯醇解路线改变了这一逻辑。
菜籽油甲酯中的油酸甲酯被精准切割后,1-癸烯作为目标产物直接产出,年产1.7万吨,可1:1替代化石基1-癸烯用于PAO生产,下游无需改造。从“混合产物中分离提取”到“反应即定向产出”,这是生物基路线对传统工艺的结构性差异。
03.
9-DAME:一个此前没有大规模化石基路线的分子
9-DAME(9-癸烯酸甲酯,CAS 25601-41-6),分子式C₁₁H₂₀O₂,结构式CH₂=CH-(CH₂)₇-COOCH₃。
与1-癸烯不同,9-DAME是一种双功能平台分子,一端是端烯基(-CH=CH₂),另一端是甲酯基(-COOCH₃)。两个官能团可分别参与不同化学反应,使其下游应用方向多元:端烯基可通过氢甲酰化等反应制备生物基表面活性剂,也可与1-癸烯共齐聚制备含酯基的功能化PAO;酯基可水解或氨解,引入不同官能团,进而合成聚酰胺(如PA1010、PA1012的长链生物基替代单体)。其中,聚酰胺替代单体的潜力尤为值得关注。PA1010、PA1012的长链单体传统上依赖蓖麻油衍生物,9-DAME提供了第二条生物基路径。
然而,9-DAME在传统化工体系中没有独立的大规模化石基生产路线。它本身就是烯烃复分解的产物。此前,9-DAME的获取方式以实验室或中试级的乙烯醇解为主,以油酸甲酯为原料,在钌基或钼基催化剂下与乙烯反应获得。学术研究长期聚焦于提高催化剂转化数(TON),但始终未能突破工业级门槛。
这意味着,Verbio Bitterfeld装置对9-DAME的意义,不是“生物基替代化石基”,而是“从实验室走向工厂”。年产3.2万吨,是1-癸烯产能的近两倍。
据恒州博智数据,全球9-DAME核心厂商包括Wilmar、Larodan(ABITEC Corporation)、BOC Sciences等,北美占全球60%以上市场份额,产品按纯度分为98%以上和98%以下两类,应用于风味添加剂、化妆品和个人护理、药品、润滑剂等领域。这些厂商同样依赖复分解或小规模合成路线生产,产能有限。Verbio的入局,有望重塑这一市场的供给格局。
诺奖技术走出实验室,第一个万吨级落点不在高精尖领域,而在润滑油和洗涤剂原料。这本身就是一个信号:生物基化学品的产业化,不靠概念驱动,靠的是找到那个能让技术、原料和市场同时跑通的场景。Verbio用菜籽油甲酯做到了。
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