生物质的综合利用技术在燃料乙醇产业中的应用

第26卷第3期中国野生植物资源Vol. 26 No. 32007年6月Chinese Wild Plant ResourcesJune 2007生物质的综合利用技术在燃料乙醇产业中的应用史劲松,张卫明,顾龚平(南京野生植物综合利用研究院,江苏南京210042)摘要概述了燃料乙醇生产的生物质及其特点,重点阐述了小麦.玉米等原料生产乙醇的综合开发技术,并对甘蔗和木薯为原科生产燃料乙醇进行了经济性评价。关键词生物质;综合利用 ;燃料乙醇中图分类号:TQ91文献标识码:A文章编号:1006 -9690(2007 )03 -0014 -08Application of Biomass Utilization Technology on Fuel Ethanol ProductionShi Jinsong, Zhang Weiming, Gu Gongping( Nanjing Institute for the Comprehensive Utilization of Wild Plants, Nanjing 210042 , China)Abstract This paper surveyed the biomass used for the production of fuel ethanol and their features andexpounded fuel ethanol production technology with wheat and com as materials. Furthermore, economicevaluation of fuel ethanol production with sugarcane and common cassava as materials was made.Key words biomass ;comprehensive utilization ;fuel ethanol生物质能是世界第四大能源,其在整个能源系机,而纯度为92.6% ~93. 8%的含水乙醇,能够直统中的地位仅次于煤炭石油天然气,一直以来都在接作为车用燃料,但需使用专门设计的具有更高压人类的生活生产中扮演着及其重要的角色。生物质缩比的发动机。目前的燃料乙醇( fuel ethanol)主要能约占世界能源消耗的14%,发展中国家可高达是指无水乙醇,按一定比例加入到汽油或柴油中,可40%以上。进入21世纪后,人类面临着经济增长和缓解汽油、柴油短缺的社会问题，同时能够提高汽油环境保护的双重压力,在这种局面下，生物质能将在和柴油的燃烧水平,有利于加强环境保护。未来能源结构中具有举足轻重的地位,利用现代化的乙醇生产的方法主要有化学合成法和生物发酵技术大力开发生物能源,改变传统的能源生产方式和法两种。化学合成法是以石油工业中石油裂解产生消费方式,对于建立可持续发展的能源系统,解决经的乙烯为原料加水合成酒精的，其特点是产品含杂济发展与环境保护之间的矛盾有着重大的意义。较多，且原料不可再生。而工业发酵生产酒精原料利用生物质能转化为乙醇,是质能转换体系中可以是淀粉质糖蜜和纤维素生物质,经转化变成微较为成熟的体系,- -方面许多生物质能经初步加工,生物可利用的糖类物质,再经发酵过程后提取发酵能够作为发酵酒精的工业原料,而乙醇生产已在世醪液中的酒精。其特点是产品纯度较高,原料可再界范围内形成仅次于石油化工的大产业,工艺准备生。世界上的酒精工业以发酵法为主。技术成熟,另一方面,乙醇作为燃料具有热值大、燃1用于乙醇生产的生 物质及其特点.烧充分等优点,并能够与现形的内燃机有较好的相容性。研究表明,无水乙醇(纯度大于99. 3% )和汽1.1 淀粉质原料油以一定比例混合可作为车用燃料,乙醇在混合物发酵法乙醇大都采用淀粉质原料,我国代表性中的比例不超过25%时,可以利用原有的汽车发动.的资中国煤化工粉。薯类品种有甘薯、CN MH G甘薯资源丰富,产量收稿日期:2007 -01-18较多的省份有江办、四川、山东、河南安徽、河北等。一14一第3期史劲松,等:生物质的综合利用技术在燃料乙醇产业中的应用甘薯的块根中大约含有20%以上的淀粉，华东甘薯香附子等均含有较多的淀粉质,可作为乙醇发酵的平均在21% ,华南甘薯平均在20.2%。在建国初原料。橡子是橡树所生产的果实,每年在9.10月间期,我国各地的小型酒精厂大都采用甘薯作为原料,成熟,为黄褐色或棕色的坚果,内含50%左右的淀其生产工艺成熟。马铃薯在我国东北、西北和内蒙粉,民间采集橡子做成“粉皮”食用。橡子中除淀粉古产量很大,其淀粉质含量在18% ~ 20% ,可作为外,尚含有粗蛋白4% ~7.5%,,脂肪1.5% ~5%，发酵乙醇的原料。木薯是多年生植物,根粗而长,盛单宁含量较高,为2% ~4%。橡子在20世纪60年产于南方诸省,以广东、广西福建、台湾居多。木薯代,曾作为酒精工业的代用原料。土茯苓在我国广淀粉颗粒大所含淀粉品质较纯,加工方便。此外, .东、台湾、西南等山野之间均有生长,淀粉含量在木薯中的苦味木薯,含有有毒成分氢氰酸,不太适合60%左右。从色泽来看,土茯苓可以分为红、白两.食用,可用作乙醇生产的原料。种,红色茯苓含有较多的单宁(9%左右)和色素,白我国酒精工业中广泛使用谷物类原料,主要为色茯苓中含淀粉较多。我国各地均有石蒜分布,其玉米、高梁、大麦、大米和小麦。玉米的籽粒结构可球形鳞茎中含有淀粉40% ,蛋白质4.4% ,此外,还分为果皮种皮、糊胶粒层、内胚乳、胚体或胚芽、实有少量的生物碱。石蒜组织松脆,纤维含量少,容易.尖等6个部分,玉米淀粉主要集中在胚乳内,呈玻璃粉碎和蒸煮,是一种良好的代用原料，我国在20世质的组织状态,堆积精密,淀粉粒大小为10 ~纪60年代曾利用石蒜进行酒精生产,其淀粉利用率22μm。玉米的特点是含有丰富的脂肪酸,但主要集达到80%以上。石蒜碱具有一定的药用价值,可在中在胚芽,胚芽的干物质中含有脂肪30% ~ 40% ,酒精生产前进行分离。葛主要生长在我国南方山属于半干性植物油,大约由72%的液态脂肪酸和区,可分为粉葛和苦葛两类,其中粉葛含有丰富的淀28%的固体脂肪酸组成。此外,玉米中还含有粉和糖分,鲜粉葛含淀粉高达37%。葛根作为乙醇8.5%的蛋白质。利用特定的粉碎工艺,可以分离出生产的原料,必须预先处理,去除含有的胶质成分。脂肪和蛋白质含量较高的玉米胚芽,获得较为纯净农产品及野生植物中的淀粉是现形发酵法乙醇的玉米淀粉,作为工业发酵的原料。高梁籽粒的内生产的主要原料,不同国家不同地区依据资源条容物大都为淀粉颗粒,外面包有一层由蛋白质和脂件,在具体的原料品种选择上有所侧重。我国薯类肪所构成的胶粒层。高梁淀粉颗粒呈多角形,中心资源量大,产量相对集中,- -直作为粮食作物而大面有核点,最大颗粒直径为30 μm。高梁中淀粉含量积种植,是发酵酒精的主体原料。近20年来,由于在65%以上,此外还含有较多的单宁酸,主要集中我国粮食产量稳定提升,玉米、小麦等谷类相对过的种皮部分,如不进行分离,对于乙醇发酵有一定的剩，部分地区已开展了利用这类原料进行大规模乙影响,抑制酵母的增殖。其他谷类原料的淀粉含量醇转化的加工。野生植物淀粉适合于中小型乙醇生参见下表。产的原料,对其利用需要实行可持续性开发,以免对表1部分农产品中的主要成分含量(%)生态环境造成负面影响。淀粉质原料的开发,必须种类水份粗蛋白粗脂肪淀粉粗纤维灰分进行综合利用,在生产乙醇的同时,获得饲料、油脂大米14.07.70.4 75.2 2. 2以及其他有用的化工原料、医药中间体,提高资源利小米11.09.71.777.00.1大麦11.910.52.266.3 6.5 2.6用的附加值。本文将在后续的篇幅中对此进行较为小麦12.810.32.1 71.81.21.详细的论述。燕麦15.63.2 66. 70.91.2 木质纤维素原料黑13.66.41.2 77. 5高梁2.08.22.278.00.4纤维素是地球上最丰富、最廉价的可再生资源，玉米12.08.54.3 73.0 1.3 1.7植物每年通过光合作用,能产生高达15.5x100 t马铃薯(干) 12. 07.40.4 74.0 2.33.9纤维中国煤化工千维素的总量为8.5甘薯(干) 12.96.10.5 67.5 1.4 2.4x10|YHC N M H G燃烧的纤维素仅占野生植物中橡子仁、葛根、土茯苓、蕨根、石蒜、2%左右,还有很大-部分未被利用。因此研究开发- 15中国野生植物资源第26卷纤维素和半纤维素的转化技术,进-步发酵成酒精，酮处理纤维素能破坏纤维素分子氢键的稳定性,导对开发新能源,保护环境具有非常重要的现实意义。致纤维素立体化学的巨大变化,从而使纤维素酶解目前,制约燃料乙醇生产的成本主要是原料成本,只的可及度增大。 物理化学法常用的有氨冷冻爆破有解决了纤维素资源的生物利用问题，乙醇作为燃法,液氨可循环使用,整个过程能耗较低,是一种较料取代化石能源才能最终成为现实。下表是- - 些农有前途的预处理技术。采用机械粉碎与碱处理相结作物中的木质纤维素含量情况。合的方法进行预处理也能够提高酶解效果。近年来表2 - 些农副产品中的木质纤维素含量(%)国内外关于纤维素分子形态与降解关系的理论研究原料纤维素半纤维素木质素也很活跃,并形成学科交叉研究领域中的热点。不玉米纤维152:8同学科背景的研究者都提出了具有建设性思路,如玉米穗轴45351利用基因定点突变方法对纤维酶蛋白进行定向设计玉米秸秆401'与改造,或通过基因工程构建生产纤维素酶的高效水稻秸秆3:2512工程菌,从而提高纤维素酶活力,这些研究成果将会麦秸305(20甘蔗渣.24给纤维素酶的生产带来突破性的进展"。半纤维素是戊糖(木糖、阿拉伯糖) .己糖(甘露纤维素分子是由葡萄糖苷通过β-1,4 -糖苷键糖、葡萄糖、半 乳糖)和糖酸所组成的不均- -聚糖，联接起来的链状高分子。纤维素具有(C.Hg03)n的为异质多糖,结构与纤维素不同。硬木半纤维素中结构式,其中n为葡萄糖基的数量,称为聚合度含有较多的木聚糖,但软木半纤维素中则含有较多(DP) ,它的数值为几百至几千甚至- -万以上。纤维的葡甘露聚糖。木聚糖是含量最多的一类半纤维素的分子量、聚合度根据种类及测定方法的不同有素。木聚糖被分为线性同型木聚糖、阿拉伯糖基木较大的差别。植物纤维素结构复杂,基本上是由原聚糖、葡萄糖醛木聚糖和葡萄糖醛阿拉伯糖基木聚纤维构成的微纤维束集合而成，原纤维是由15 ~40糖。大约80%的木聚糖主链含有侧链,阿拉伯糖和根由结晶区域和无定形区域构成的纤维分子长链。葡 萄糖醛酸的单体侧链及包含阿拉伯糖、木糖及半纤维素的结晶区域是由纤维素分子进行非常整齐规乳糖残基的寡聚侧链分别键合于主链D -木糖残基.则的折叠排列而成的。在结晶区域里,葡萄糖分子的C2和C3位置上。不同来源的木聚糖,如草、谷的羟基或在分子内部或与分子外部的氢离子相结类、软木和硬木其组成上都有所不同。如玉米纤维合,没有游离的羟基存在,所以纤维素分子具有牢固木聚糖是- -种包含β-1,4键合木糖残基的复杂异的结晶构造，酶分子及水分子难以侵入到内部中。质木聚 糖,包括48% ~ 54%的木糖,33%的阿拉伯因此,纤维素的结晶部分比无定形部分难降解。纤糖 ,5% ~11%的半乳糖和39% ~6%的葡萄糖醛酸。维素大分子的降解-直是人们研究的热点,由于目相比而言,由于半纤维素比纤维素更容易降解前所筛选的许多高酶活的纤维分解菌其半纤维素酶而在实际应用上受到重视。半纤维素要进行生物转及木质素酶活性不高,很难将天然植物纤维的三大化,也必须先转化成小分子的半纤维素糖,之后再发组成降解;另-方面,由于结构的复杂性,又直接影酵成酒精。半纤维素物质的预处理是酶解的关键，响着纤维素酶的作用。通常在酶法水解之前需进行预处理主要包括粉碎、溶解、水解和分离纤维素和木必要的预处理,改变天然纤维素的结构,降低它的结质素组分,这些方法包括浓酸稀酸、碱、二氧化硫、晶度,脱去木质素,以增加纤维素酶系与纤维素的有过氧化氢 、蒸汽爆破、石灰处理、热水处理和有机溶效接触,从而提高酶解效率。预处理工艺较多,化学剂处理 等方式,其处理的目的是打破木质纤维素的方法常采用氢氧化钠、液氨及其它化学试剂处理,存原有结构。在碱耗量较大、处理过程中半纤维素损失及环境污中国煤化工作为原料进行乙醇发染等问题。但最近国外研究报道液氨预处理能较好酵尚!YHCNMHG经预处理和酶解后都地改善纤维素碱化羧甲基化和酶降解的反应活,丙会产生混合糖 ,混合糖根据来源的不同包括木糖、阿16第3期史劲松,等:生物质的综合利用技术在燃料乙醇产业中的应用拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、海藻糖和鼠李糖。尽管传的补充和替代。统的酿酒酵母和絮凝性细菌可轻易将葡萄糖发酵为2燃料乙醇生产的原料定位乙醇,但却不能将木糖和阿拉伯糖发酵为乙醇。酵母毕赤酵母和假丝酵母具有将木糖发酵为乙醇的燃料乙醇产业不同于传统意义上的酒精产业,能力,但这些酵母的乙醇耐受力低,发酵率较慢、发它应 是大规模的、大产出的,产品也是高纯度的，这酵过程中供氧不好控制，对预处理过程中产生的副就要求其原料必须易得,处理方式必须简单、可靠和产物较为敏感。木糖尽管可以用糖异构酶转化为传低投入,在现阶段,由于纤维素、半纤维素等生物质统酵母可发酵的木酮糖,但其成本较高。而其他一尚没有较好解决原料预处理工艺，因而原料来源定些戊糖如阿拉伯糖等几乎没有自然存在的酵母可以位在淀粉质资源上。小品种的谷类以及资源相对分发酵。一些细菌可利用这些混合糖,如大肠杆菌、克散的野生植物可以作为补充性原料。雷伯菌、欧文氏菌、乳杆菌、细菌、梭状杆菌等,但它我国是-一个农产品生产大国,自“九五”以来,们只能产生少量的乙醇,而产生的大部分都是-一些我国粮 食供求关系发生了重大变化,农产品供给初混合酸。目前,国外利用细菌、酵母重组菌,通过代步实现了由长期短缺到总量基本平衡、丰年有余的谢工程来发酵纤维素物质以生产燃料乙醇。应用代历史性转变。根据全国31个省(区、市)粮食产量谢工程作为工具选育出一些菌株,可有效而经济地抽样调查显示,2004年我国粮食总产量46947万将半纤维素水解液中的各类糖类转变为有用的产t,比上年增产3877万t,增长9.0%。十三个粮食物,最近的大部分研究集中在絮凝性细菌、大肠杆主产区增产幅度较大,共增产3536万1,增长菌、酿酒酵母上午。随着基因工程研究手段的快速11. 6% ,增产量占全国粮食增产量的91%。在现阶发展,可得到更多产乙醇的基因工程菌。通过代谢段下,利用部分富余粮食为原料,开展燃料乙醇生工程手段增加或修饰- - 些特点，例如乙醇或阻遏子产,不仅可以缓解局部地区卖粮难的社会矛盾,而且忍耐性的增加,半纤维素的水解及耐热性提高及对也对当前的能源危机起到一定的缓解作用。据统营养需求的进一步减少,对糖的代谢能力的进-步计,我国2004年你有消费量为4500万t,按照全部改进,可获得具有乐观前景的工业菌株,但还需要改汽油均添加10%的燃料乙醇计算,需燃料乙醇450进发酵过程中的工艺过程。万t,以谷物生产燃料乙醇计,耗谷物约1 500万t,木质素是植物的主要成分之一,占植物细胞化仅占年粮食产量的3. 2%左右,相当于2004年粮食学组成的15% ~30%。在植物体中,木质素是包裹增产部分的38. 7% ,因而以谷类为原料发展燃料乙在纤维素的外面，功能之--就是保护植物细胞不受醇不会使粮食安全受到冲击。.外界微生物的侵蚀。从生物合成过程研究得知,木我国主要粮食产区具有相对集中的特点,如玉质素首先是由葡萄糖发生芳环化反应形成莽草酸，米集中在东北区的吉林等省,小麦集中在华中区的然后由莽草酸合成三种具有苯丙烷结构的基本单河南等 省,水稻集中在中南区的湖南、湖北等省。甘元,分别为对香豆醇、松柏醇、芥子醇。从化学结构蔗和薯类主要集中在西南的四川广西和华东区的看,针叶树的木质素主要由松柏醇的脱氢聚合物构山东安徽等省区。相关也统计表明,我国部分粮食成愈创木基木质素,阔叶树的木质素由松柏醇和芥主产区出现粮食生产地区性相对过剩的局面,并造子醇的脱氢聚合物构成愈创木基-紫丁香基木质成主要粮食品种价格连年下滑,农民增产不增收的素,草本植物则由松柏醇芥子醇和对香豆醇的脱氢矛盾较为突出。虽然国家出台了在高价位基础上按.聚合物和对香豆酸组成”。木质素是结构复杂、稳保护价敞开收购的粮食政策 ,部分地缓冲了粮价下定、多样的无定形三维体型大分子,在自然界中,降滑的幅度,但仍未能从根本上遏止粮农生产积极性解缓慢,成为地球生物圈中碳循环的障碍。木质素下滑中国煤化工<据各地的粮食作物的降解产物不适合作为燃料乙醇的生产原料,但其的种YHCNMHG料乙醇项目,加大粮裂解产物可直接作为能源物质,从而起到--种较好食的转化力度,可带动当地粮农的积极性。2001年-17-中国野生植物资源第26卷国务院批准了吉林省新建60万t燃料乙醇项目,该用它们的不同物理性质，,经过三相卧螺离心机分离项目总投资29亿元,由中国石油天然气集团公司、把淀粉与谷朊粉分离开来,经洗涤、干燥等过程获得吉林粮食集团公司和中国华润总公司共同出资建成品谷朊粉。其蛋白质含量在75% ~ 82% ,氨基酸设[5]。此后不久,河南、安徽两个新建项目也通过组成较齐全,是- -种营养丰富、物美价廉的纯天然植立项。国家政府并从财政税务、粮食等相关配套政物蛋白,因其独有的粘弹性、延伸性、热凝固性及薄策上给予支持,如河南天冠燃料乙醇项目允许动用膜性吸脂乳化性,被广泛用作食品工业的基础原国库陈粮为原料,企业利用谷物原料生产给予税收料。目前一级谷朊粉(活性谷朊粉,吸水率大于上的减免或补贴,不提高含醇汽油的价格以促进汽180% )市场价格7 000元/t以上。油醇的推广等。但是按照目前的粮食价格,以谷类麦粉洗面分离麸皮纤维原料进行生产,燃料酒精的价格仍要高于现行的汽油价格,尽管自2004年以来石油价格飞涨,缩短了两者的价格差距。燃料乙醇的生产企业要获得效益酶法糖化酶法液化tH淀粉浆乳谷朊粉上的提升,还必须做好产品的综合开发,尤其是原料副产物的加工增殖。乙醇发酵乙醇蒸馏|脱水处理t+燃料乙醇3燃料乙醇生产中的原料综合 利用技术哮母|废水发酵处理肥料3.1小麦为 原料的综合开发技术我国是小麦生产大国,从1995年起,每年小麦DDS饲料产量稳定在1.0亿t,2000年小麦总产量在1.2亿t左右,之后几年略有下跌,但2004年小麦产量仍在图1小麦为原料生产燃料酒精的产 品综合开发1. 0亿t。小麦生产出现了产区相对过剩、粮农卖粮小麦中含有15%左右的种皮,其主要组成为纤难、库存积压的现象。河南省是我国小麦主产区之维素、半纤维素,它是很好的饲料和低聚糖生产原一,小麦产量长期稳定在2 000万l以上,占全国小料,富含多种动物所需要的氨基酸,对促进家畜、家麦总产量的18% ,居全国之首。但由于市场持续疲禽的快速成长具有良好的功用。小麦麸皮市售价在软,原粮顺销受到制约,2000年全省小麦周转库存每吨700~800元间波动,一直是饲料行业重要的配量达1736万t,相当于年平均产量的78.7%,根据合饲料混配组分,而且市场用量很大, -直处于供应有关部门的测算,合理的周转库存以500万t以下偏紧的状况。同时麸皮饲料是在原料粉碎(脱皮)为宜,至少超储了1 200多万t。过大的粮食库存不过程中伴生的,基本不构成独立生产成本的增加。仅占压了大量资金,而且也给财政带来了沉重的负麸皮产品通过深加工,可得到具生理活性的膳食纤担,仅年粮食风险基金和超储补贴就占省级财政预维、低聚糖和酶类。算收入的1/3以上。河南省天冠酒厂从2000年实胚芽的提取率为0.3%~0.5%,胚芽中富含蛋施燃料乙醇扩建项目,2001年新建项目又获得国家白质、天然维生素和矿物质,胚芽可以制取胚芽油、批准。该项目以国库小麦为原料,实施燃料乙醇转维生素、麦胚食品蛋白等。化。其期小麦的初加工工艺选择了南京野生植物综合乙醇发酵结束后淀粉被消耗掉,剩余的主要是利用研究院的谷朊粉生产工艺,利用改进型水力旋高蛋白的酵母细胞，经分离干燥后成为高蛋白含量流法分离出小麦谷蛋白,主要工艺流程参见图1。的饲料添加剂DDG,其蛋白含量高于鱼粉( 40%以谷朊粉(小麦蛋白)是小麦的-一个主要成分,一上),而且是安全的,其市场售价在3000元/t左右。般含量在10%~14%，随小麦品种不同而稍有差单耗中国煤化工(据，每吨燃料乙醇醇,可获得0.28 t异。谷朊粉与淀粉共生镶嵌于小麦籽粒中,在燃料THCNMHG乙醇生产的原料粉碎过程中,淀粉与谷朊粉破碎,利谷朊初J.Jct欢反u~ Iu t DDC蛋白饲料,-18一第3期史劲松,等:生物质的综合利用技术在燃料乙醇产业中的应用其中谷朊粉生产费用低于2 000元/1, DDG高蛋白产量就超过1 500万t,2001年,吉林实施了80万t饲料生产费用低于600元t。副产品的开发提高了玉米燃料酒精工程,旨在利用当地的玉米资源,解决小麦综合利用的附加值，降低了燃料乙醇生产成本玉米积压问题、能源不足问题。玉米作为原料同样I 000~1 500元。面临着资源的综合利用问题。据研究,陈化玉米价此外,发酵过程中的二氧化碳以及蒸馏过程中格每吨按照880元计算,每吨燃料乙醇需要原料玉的杂醇油均可以进行利用,谷朊粉可进一步深加工，米3.34t,按照2004年的汽油价格,每吨燃料乙醇如开发生物培养基、活性蛋白肽等产品,能够获得较国家必须补贴280元，企业才能保本。但是如果通高的增殖。过原料的综合处理,提高副产物的利润,如综合价格3.2 玉米为原料的综合开发技术由795元/t提高到1340元/t,则项目的积极性将我国东北玉米资源十分丰富,仅吉林每年玉米得到较大的改善“1。玉米粗粉碎细粉碎麸质分离玉米浆浸渍浓缩胚芽分离淀粉洗涤.麸质粉胚芽饼胚芽洗涤酶法液化H纤维|胚芽油压榨或浸提一一 胚芽干燥酶法糖化饲料燃料酒精脱水处理蒸留一乙醇发酵酵母肥料t| 生物处理废水DDG饲料图2玉米为原料生产燃料酒精的产品综合开发南京野生植物研究院从20世纪90年代初期就的是软化玉米粒,是内胚乳吸水膨胀。浸渍过程采用消化吸收了国际上先进的玉米加工技术,其湿法粉逆流增浓的方式，最大限度减少用水，减少蒸发过程碎-分离工艺能够实现玉米胚芽的物理分离,生产的能耗。浸渍水含有蛋白质生物素和多种维生素以中除主产品玉米淀粉外,副产品有玉米麸质粉、玉米及矿物质,营养丰富,经浓缩后即为玉米浆，可作为微油、玉米浆、玉米麸质饲料等,总干物质的回收都在生物培养基添加剂。也可喷雾干燥后作为药物或食95%以上。玉米湿磨法生产技术具有用水节俭的优品填充剂,市场价格在2 200 ~3600元/t以上。点,整个过程为水循环封闭式,生产过程中90%以软化后的玉米进行粗磨脱胚,利用水力旋流方上的水可循环再利用,废水排放少。在能耗方面,比式收集胚芽,经数次洗涤去除残留的淀粉颗粒、蛋白国内同行业降低50%,商品淀粉的蛋白质可控制在质或纤维,经管束干燥至含水量达到2% ~6% ,冷0.45%以内,淀粉收率可达65%左右。该工艺能够却后可进行玉米油提取。品质较好的玉米油可以利与燃料酒精的实现较好的耦联,即直接对淀粉乳进用超临界工艺获得,常规的玉米油可直接进行压榨。行酶法液化、糖化后,用于燃料酒精的生物发酵。工胚芽平作为饲料。艺技术路线参见图2。中国煤化工粉和麸质从纤维和原料玉米采用热水50 ~60 C浸泡30~50h,目皮屑TYH,C N MH先涤,分离出纤维和一19一中国野生植物资源第26卷皮屑。皮屑和纤维脱水后,经气流干燥作为饲料,也表4各种能源作物单位面积产酒精比较可与胚芽饼混合作为复合饲料。麸质和淀粉经高速原料土地产量糖或淀 一乙醇产 土地乙醇产量/t-hm~3年-1 粉含量/% 率/Lt1 /L.hm -3年_ 1差压离心机分离,麸质水干燥后获得麸质粉。麸质甘蔗7012.57C4 900主要成分为蛋白质,蛋白质含量达到60%以上,此木薯402150外,还含有较高的叶黄素油,其营养和保健价值较甜菜45161004 300高。淀粉乳经液化糖化后进人乙醇发酵工序。甜高梁35148(2 800玉米的湿法加工和干法加工的在经济效益上有玉米5654102 050很大的差距,表3是根据相关资料报道的两种生产小麦66390工艺的比较[6。尽管两种工艺在乙醇产出方面没稻米754502 250有较大的差异,但湿法工艺的综合效益比干法工艺尽管甘蔗价格低廉,目前收购价格低于180元/要高出36.9%。如果扣除燃料酒精的产出,仅比较t,但在产业开发的同时,也必须产品的综合开发利副产物的效益,干法工艺每吨玉米副产物效益为用,以增加企业的产出。据可行性研究,以年产10240元,而湿法效益为950元。如果考虑到胚芽饼、万t燃料乙醇项目分析，每吨乙醇需要12 t甘蔗,按玉米浆以及发酵的副产物酒精酵母的产出,则湿法照200元/t到厂价格计算,原料成本为2400元/t。工艺的效益接近前文提到的1 340元/t保本目标。甘蔗压榨提汁后,副产品甘蔗渣25%左右,相对于每表3玉米湿法工艺和干法工艺用于生产1 t乙醇,产生3t蔗渣。目前蔗渣可用于造纸工燃料乙醇生产的效益比较业,打浆后除去蔗髓部分(30%左右) ,市场价格200干法加工湿法加工元/t,可获得收益420元/t(乙醇)。据广东中能酒精每蒲式耳玉产出.考价售价产量郴元1元格/元 1公司成本测算报道,甘蔗糖分平均为16. 2% ,用小型.燃料乙醇(97%),L9.65 4.50 43.43 9.75 4.50 43.88压榨机提汁,出汁率为73% ,生产吨燃料酒精平均耗玉米油,与0.77 15.00 11.55甘蔗量13.4 t,甘蔗渣作燃料烧锅炉,可实现动力自饲料(21%蛋白质),q5.70 1.40 7.98给,每吨燃料酒精成本约为3 000元。麸质粉(60%蛋白质),q1.50 3.00 4.50甘蔗作为燃料乙醇的原料,在生产过程中重点千酒糟(DDCS),kg7.70 0.80 6.16不是前期的原料处理,而是发酵工艺的改善和提高。每蒲式耳玉产品总价/元49.5967.91甘蔗汁含有蛋白质胶体较多,易在发酵过程中引起每公斤玉产品总价/元1.952.67酵母菌絮凝,这要求选育抗絮凝酵母,来改善发酵过3.3甘 蔗为原料生产燃料酒精的经济性评价程。在蒸馏操作中,还要求蒸馏设备作必要的改进,我国南方纬度、气候与巴西相似，发展甘蔗有着提高排杂能力、防止胶体类物质堵塞塔器。此外,在得天独厚的自然资源条件,利用甘蔗生产无水乙醇甘蔗种植业方面,要求种植含糖量高的品种,以提高的成本比用其他作物具有明显的优势,主要在于甘乙醇的发酵度,降低后续产品提纯的操作成本。蔗汁液中的糖分能够直接进行乙醇发酵,而不必象3.4 木薯为原料生产燃料酒精的经济性评价谷类淀粉,必须经过糖化转变为可发酵型糖,才能进以木薯为原料的乙醇生产技术正在不断发展，行发酵工序。此外,甘蔗榨汁简单,前处理成本低其成本正在不断降低,按250元/t鲜薯计,乙醇成本廉。根据小规模试验和测算,利用能源甘蔗生产燃为2700元/t左右。如果合理设计,加强技术革新,料乙醇成本只有2 800元/t左右,而用玉米和木薯科学管理,引人嫁接先进的石油炼制技术,成本还会的生产成本分别5000元/t和4260元/t。大幅度降低。甘蔗生物质产量高,茎叶皆可利用,是全世界公木薯粗生易种,适应性广, 抗逆性强,耐干旱贫认的最好的能源作物之- -。 印度糖业管理联合会主府。中国煤化，工最大的省份,目前种席曼奴夏●劳(PJMRao)撰文比较各种作物单位植面YCN MH G 400万l,种植面积面积酒精产量,认为甘蔗与木薯产量最高(见表4)。和总产量均占全国的60%以上,“木薯王”等新品种-20-第3期史劲松,等:生物质的综合利用技术在燃料乙醇产业中的应用得到大面积推广,该品种667hm2产可达3t左右，会发展第十个五年计划纲要》中明确指出“要开发淀粉含量比常规品种高出5%以上”。燃料乙醇等石油替代产品，采取措施节约石油资广西的平果酒精厂是华南最大的木薯酒精厂源”。同时,该文件还指出,要通过加工转化、扩大(5万V年) ,明阳、桂平、柳州、扶绥等地都有木薯酒出口等多种方式,解决粮食等农产品阶段性供过于精厂,钦州10万t木薯燃料乙醇产业化项目现已部求的问题。在现阶段,积极推广玉米、小麦为原料的分投产,使用良种木薯,其原料含水量13% ,淀粉含燃料乙醇项目具有战略意义,同时要因地制宜,发展量达到75%，每3吨原料可转化为1 t燃料乙醇。生物质能较高的作物资源,如甘蔗、木薯、马铃薯等如通过扩建和新建,广西可形成年产50万t以上的资源,建立稳定的质能转换基地,并通过技术引进和燃料乙醇生产基地。工艺革新,完善原料的加工技术,实行全面的、综合的产品开发,促进我国生物质能转化体系的完善和4结论可持续发展。科学研究已经证明,燃料乙醇作为汽油调组分参考文献:掺加到汽油中,具有很好的互溶性,可提高汽油的辛[1] 张平平,刘宪华.纤维素生物降解的研究现状与进展[J].纤烷值,显著提高汽油含氧量,燃料乙醇加人到汽油中维素科技与技术,004,11(3) :48 -54.有效地促进汽油的充分燃烧,有利于减少汽车尾气2] 张宇昊,王颉,张伟,等.半纤维素发酵生产燃料乙醇的研究进展[J].酿酒科技.2004(5):72 -74.中CO的排放,减少温室效应气体CO2。[3] 黎先发,贺新生.木质素的微生物降解[J].纤维索科学与技燃料乙醇的开发涉及到四个热点问题,即石油术,2004,12(2):41 -45.危机、环境污染、粮食储备和创造就业,这是我国目[4] 方芳,于随然,王成焘中国玉米燃料乙醇项目经济性评前的经济发展中所必须要解决的问题。2002年约估农业工程学报,2004 ,20(3) :239 -241.翰内斯堡的世界高峰会谈.上,各国首脑取得了一致[5]刘培 良.从国家“能源安全”的战路高度认识发展我国的燃料酒精的重要性和必要性一巴西成功推行的《燃料酒精计划>共识:发展可再生能源对可持续发展至关重要。巴给我们的启示[J].广西轻工业,005(2):15-17.西燃料乙醇工业的发展作为发展可再生能源的一个[6] 陈敬,戴经铨，徐嘉惠(译著).淀粉转化工艺[M].中国淀很好范例,得到了各国首脑的一致认同。在我国,发粉工业协会,北京,1993.展燃料乙醇工业的重要性已经得到了人们的全面重[7] 戴杜,理河,浦耿强,等.广西木薯燃料乙醇项目能效评估[J].广西农业生物科学,2005(2) :167 -171.视，九届人大四次会议通过的我国《国民经济和社(上接第13页)2002(5):16 -18.[3] L Zou, s Atkinsonm. Chancterising vehicle emissions from the可以认为这是- -种技术的、社会的进步,即使不出现bumning of biodiesel made from vetable oil[J]. Environ Techn-石油危机,人类也有必要摒弃低层次能源的开采。0ol,2003 ,24(10) :1253 -60.积极开发可再生的植物能源,因地制宜利用植物油[4] RL McCormick, MS Craboeki, Impact of bidiesel souree material作代用燃料油,走多能互补、综合利用,能促进能源and chemical structure on emissions of crieria pollutants from aheary - duty engine[ J]. Erviron Sci Technol, 2001 ,35(9) :1742消费结从单一化向多元化转变。在我国,发展能源-1749.植物产业,不仅可以减少原油的进口,而且通过能源[5] Cnig C, Safere, Neal P,et ul,Ieaf and Stemn Propertie df Alfalfia农业基地的建设,可促进农民的收人。为配合国家Entries[J]. American Society of Agonomy , 200,92:733 -739.的退耕还林的政策实施，可选择适应性强,耐贫瘠、[6] A B Frank,J D Berdahl. Biomass and Carbon Partitioning in抗干旱的多年生的能源植物,对绿化环境、改良土Switchgrass[ J]. Crop Science Society of America, 2004 ,44: 1391- 1396.壤、涵养水源、维护生态平衡有积极的现实意义。[7] Kenneth P, Vogel A. Swithgnass Biomas Production in the Midwest中国煤化工-_00204:4 -420.[1]钱伯章. 发展前最广阔的生物柴油产业[J].能源技术2003,[8]iodiel fhuel by tansestef.24(1):14-16. .YHC N M H Ghem Biotechnol, 2004(5);[2] 冀星,郗小林.我国生物柴油产业发展展望[J].中国能源，113-116.一21一