生物发酵法使长链二元酸实现绿色生产

当今世界面临着资源短缺、能源紧张、环境恶化等严峻形势，生物产业在保障人口健康与粮食安全的同时，在节能减排、资源替代、环境改善等方面发挥着越来越重要的作用。可以说生物产业是新时期的朝阳产业，也是我国民族工业的希望所在，利用生物发酵法生产长链二元酸就是一个很好的佐证。



作为精细化工的重要原料，长链二元酸的生产技术目前只有美国、德国、日本和中国掌握。长链二元酸在自然界是不存在的，生产这种产品的主要方法有化学合成法和生物发酵法两种。目前，国外生产长链二元酸主要利用化学合成法，但其合成条件苛刻，需要200℃以上的高温、100个以上的大气压、10个以上的合成步骤以及催化剂，此外还需防火、防爆、防毒设备，可以说化学合成法生产长链二元酸收率低，成本高，环境污染严重。此外，化学合成法生产长链二元酸目前只能生产到十二碳二元酸。



而值得中国人自豪的是，虽然我国精细化工行业的发展比发达国家滞后30年以上，但是我国确是目前唯一应用微生物发酵技术实现多种长碳链二元酸大规模工业化生产的国家。2007年，中国科学院微生物研究所“长链二元酸的研发与工业生产”项目荣获2006年度国家科技进步奖二等奖。其实从20世纪70年代开始，以方心芳院士、陈远童研究员为代表的两代专家就开始了生物发酵生产长链二元酸的研究，试图通过微生物的胞内酶将正烷烃催化合成为长链二元酸。这一过程在细胞内的微粒体中完成，有着化学合成方法不可比拟的优越性：生产工艺简单，生产条件温和，整个生产过程是在常温常压下进行的，收率高，成本低，没有环境污染，是名副其实的绿色化学工业。



中国利用微生物发酵法技术可以生产化学方法无法合成的从C11~C18的所有长链二元酸，从理论上来说，二元酸中含有的碳原子越多，就意味着材料的柔韧性越好，防腐蚀、抗紫外线的能力越强，且生物发酵法生产工艺简单，生产条件温和，在28℃~30℃、一个大气压下即可生产，其生产成本仅占国外化学生产法成本的2/3，对环境无污染，可以大规模工业化生产并可形成庞大的高技术生物产业链，拓展了化学合成法生产长链二元酸的产品范围。



从市场的角度来看，在海外市场，中国产品是绿色的替代者；在国内市场，随着中国经济的高速增长，必将带动精细化工行业的发展和对它的需求。目前世界上每年以二元酸为原料生产出来的产品，总产值420亿美元。由于国内长碳链二元酸的生产起步晚，以它为原材料合成的下游高档精细化工类产品目前主要以进口为主。随着汽车、电子、通信等新兴产业的迅速发展，我国对聚酰胺工程塑料的需求量日益增加，已成为世界上聚酰胺工程塑料的最大进口国。由于双号码长碳链尼龙抗拉耐磨性能好，改造汽车轮胎，能提高轮胎使用寿命5～10倍。据美国权威专家估计，仅美国改造汽车轮胎，就需要100万吨聚酰胺工程塑料。长链二元酸及其下游产品在国内外有巨大的市场需求，发展前景十分广阔。由于以发酵法生产的长链二元酸工艺路线先进，成本低，产品质量优异，尤其不会造成环境污染，是有巨大市场竞争力的新产品，未来国际市场容量将达到百万吨。保守地预测，近几年国内外市场对长链二元酸的需求量将达到20万～30万吨/年，10年左右，国内外市场需求量将达到40万～60万吨/年。长链二元酸市场前景广阔，该项目面临的市场空间巨大。



目前，我国已经建成一批利用发酵法生产长链二元酸、年产量数千吨乃至上万的企业，然而这个规模距离国内外每年几十万吨的需求量依然有一定差距。因此，建设更大规模的长链二元酸生产企业迫在眉睫。基于上述背景，建设长碳链二元酸项目是一件利国、利民、利企的好事，具有巨大的经济和社会效益。于是，山东瀚霖生物技术有限公司依托中科院微生物研究所的专利技术进行工业化生产的建设。同时，将微生物发酵法生产长链二元酸的发明人陈远童教授特聘为企业研发的首席科学家，并与中科院微生物研究所合作在北京中科院成立了联合研发中心，联合研发高附加值的下游系列产品。为企业后续的发展建立了强大的技术力量后盾。



中科院微生物研究所与山东瀚霖生物技术有限公司就长链二元酸的产业化展开全面合作项目已经签署了《联合建设“中科院微生物所莱阳生物产业基地（莱阳生物科技园）”合作协议书》和《中国科学院微生物研究所/山东瀚霖生物技术有限公司联合研发中心协议书》，就生物技术的产业化展开全面合作，将建成世界上规模最大的长链二元酸生产企业。目前，该项目已经落实投资5亿元，计划投资总额30亿元。



山东瀚霖生物技术有限公司项目总体规划为年生产能力6万吨/年，计划5年内分三期建设完成。首期建设规模为1万吨，总投资5亿元人民币，于2008年10月开工建设，目前土建施工基本结束，设备安装正在全面进行中，计划于2009年7月投料生产；二期建设规模为2万吨，总投资10亿元人民币，计划于2009年三季度开工建设；三期建设规模为3万吨，总投资15亿元人民币，计划于2012年6月开工建设。根据国际市场同类产品的价格，结合市场发展趋势及竞争等因素，保守计算，长链二元酸销售价格6万元人民币/吨，一期工程达产后，年可实现销售收入6亿元人民币，利税总额2.5亿元人民币；全部建成投产后年可实现销售收入36亿元人民币，利税总额15亿元人民币。



5月12日，中科院生命科学与生物技术局局长张知彬率队赴山东莱阳考察，在莱阳市委书记杨国强，常务副市长蔡永江，发改委局长陈江波，科技局局长张丰周，瀚霖生物董事长曹务波等的陪同下参观考察了山东瀚霖生物技术有限公司长链二元酸工程建设工地。5月25日，山东省省委书记、省人大常委会主任姜异康在烟台市、莱阳市领导的陪同下，考察了中科院微生物所转让的长链二元酸项目及莱阳生物科技园的建设进展情况。在长链二元酸建设工地听取了相关汇报后，姜异康表示，这是个很好的高科技项目，符合胡锦涛总书记对山东提出的殷切期望，即将山东半岛建设为蓝色经济区的总体要求。



鉴于长链二元酸巨大的市场前景，该公司将按照逐步投入、稳健经营、迅速扩大的原则，在国家、山东省、烟台市各级领导的大力支持下，在莱阳市委、市政府的直接领导下，通过与中科院的紧密合作，逐步将山东瀚霖生物技术有限公司打造成国际一流的绿色化工集团公司。



解密长链二元酸

长链二元酸是指含有10个以上碳原子的直链二羧酸，是一类用途十分广泛和重要的精细化工原料，作为化工中重要的中间原料，长链二元酸是合成麝香-T、共聚酰胺热熔胶、尼龙工程塑料等特殊用品的主要原料。以长链二元酸为基础原料生产合成高级香料麝香、高级尼龙橡胶、高温电介质、高档热熔胶、耐寒增塑剂、高级润滑油、高级油漆和涂料等精细化工产品，被广泛应用于化工、轻工、农药、医药、液晶材料等领域。



长链二元酸的主要衍生产品主要有：

1.合成高级润滑油

用长链二元酸制成的润滑油不仅能耐高温，还可以在-45℃以下润滑，可用于高寒地区。例如，用癸二酸可制成耐高温润滑油，十二烷二酸与辛醇合成的二酯除可用作喷气式发动机和燃汽轮机用高级润滑油以外，还可用作低温润滑脂的基础油料。2006年我国润滑油产量570多万吨，2007年7月山东省润滑油产量3.6万吨，1~7月累计22.1万吨，其中高级润滑油对二元酸的需求巨大。



2.高级尼龙工程塑料，又称PF尼龙

十二烷二酸、十三烷二酸等长链二元酸制成的工程塑料具有抗拉耐磨性许多的优良性能，利用这种特性改善各种轮胎的性能，可使目前轮胎的使用寿命提高5~10倍。良好的耐热性和成型加工性使PF尼龙工程塑料可采用精密铸塑成型，替代有色金属，广泛应用于机械、汽车等行业。利用其耐腐蚀、绝缘性、柔软性可将其制成光导纤维护套，地对空导弹的绳索、降落伞的绳索、石油管道等。



3.合成高档尼龙热熔胶

利用长链二元酸制造的彩色显像管与偏转线圈黏合用胶，100℃高温下可长期使用。高档服装用热熔胶、耐水洗、耐干洗，即使穿旧了，仍然穿着挺括，尺寸稳定。DC12等偶数碳的长链二元酸都是制造上述高级热熔胶的重要原料。

随着外销鞋生产量逐年提高，国内鞋业生产厂家对高品质、环保型熔胶需求旺盛。2005年我国热熔胶产销量达到l5.2万吨，2005年全球热熔胶销量149.2万吨。



4.合成高级尼龙粉末涂料

利用长链二元酸为原料合成的高级尼龙粉末涂料，具有吸水率低、耐磨性能好、节约能源、降低污染、使用安全和经济等优点，在水下建筑、水轮机、轮船等方面用量很大。我国粉末涂料行业发展迅速。2000年，我国消费的高级粉末涂料1000吨，2005年在2500吨以上。



5.合成高级油漆

以长链二元酸为原料合成的高级油漆作为小汽车、高级豪华物体的表面漆，具有色泽光亮，耐磨性强、冲击强度高、附着力和柔韧性佳等特点。2007年上半年全国油漆产量188万吨，同比增长20.4%，其中山东2007上半年油漆产量20.45万吨，同比增长31.8%。



6.合成高级香料

以10个碳以上的二元酸为原料，可合成一系列不同香型的香料。以DC13为原料合成的麝香-T，可做定香剂，以15碳或16碳二元酸为原料可以合成环十五酮、麝香酮和环十五内酯。麝香酮是天然麝香中具有生理活性的主要有效成分之一，可以代替天然麝香配制成多种名贵的中成药，具有抗菌消炎、通经活血等疗效。用混合二元酸与乙二醇酯制成的麝香-M，为生产高级香料提供了新原料。



7.合成耐寒性增塑剂

利用长链二元酸可以合成耐寒性增塑剂，加入这种增塑剂的塑料薄膜耐寒冷、耐老化、柔软性好，适合北方地区蔬菜和大棚使用。目前，全球增塑剂总生产能力约750万吨/年，全球增塑剂总产量为590万吨/年，其中北美占22％、亚太地区占38％、欧洲占25％、其他地区占15％，其中耐寒性增塑剂占有很大的市场份额。



8.合成高温电介质

长链二元酸制成的电解电容器可在120℃高温下长期使用。

除上述衍生产品外，利用长链二元酸还可以制成尼龙纤维等衍生产品，在农药、医药、液晶材料及其他精细化工方面也有着十分广阔的应用前景。长链二元酸工业用途广泛，是一种重要的精细化工产品，极具市场潜力。

据预测，近几年国内外市场二元酸需求量将达到20万~30万吨/年，估计10年后，国内外市场需求量将达到40万~60万吨/年。