甜高粱燃料乙醇产业概论

第30卷第2期化工科技市场2007年2月CHEMICAL TECHNOLOGY MARKET发展论坛甜高粱燃料乙醇产业概论蔡祖善(北京泰天地能源技术开发公司,北京10006)摘要:本文从国家能源政策出发,阐述了甜高粱燃料乙醇产业的内涵,现有技术水平,急待解决的问题及发展前景关键词:甜高粱;燃料乙醇;可再生能源中图分类号:TQ223.122文献标识码A文章编号:1009-4725(2007)-02-0001-0The statement about sweet sorghum--fuel ethanol industryCai ZushanBeiing Taitiandi Energy Technical Development Co. Lad., ChinaAbstract: From studying the national energy policy, the paper illustrates the content, present technical level, issues tobe solved urgently and development prospects in sweet sorghum-fuel ethanol industryKey words: Sweet Sorghum; Fuel Ethanol; Renewable Energy1973年全球的石油危机以及随之而来的石油以立法的形式鼓励包括燃料乙醇在内的生物质液体价格上涨,使得架在汽车轮子上的美国社会认识到燃料的发展。开发可再生能源的重要,应运而生的生物质利用在十一五规划“第十二章优化发展能源工业( Biomass Utilization)课题成为了西方一项新兴的科第四节大力发展可再生能源,中提到:生产原料研领域。美国化学工程新闻期刊[204年3月15多元化发展的方针和扩大生物质燃料乙醇生产能力日]指出:结束我们对化石燃料的依赖将是美国和的内容。开发利用生物质原料,使燃料乙醇生产原这个世界最高的科学和工艺技术重点2。已拥有料多样化,这是今后发展我国燃料乙醇生产的必由570万辆汽车的中国也感到了能源供应的压力。之路。国家的可再生能源政策为甜高粱燃料乙醇产2002年国家起动了乙醇汽油替代燃料工程,决定建业的发展提供了巨大的支持,认知甜高粱燃料乙醇设4个利用陈化粮生产燃料乙醇的定点生产厂,生产业,研究甜高粱燃料乙醇产业的发展是一个急待产能力为102万t。由于没有足够的陈化粮资源,解决的问题2050年全年仅生产燃料乙醇7135万10当定点燃2什么是甜高粱燃料乙醇产业料乙醇厂不得不使用新粮来生产乙醇时,人们才开始真正领悟到:中国以占世界7%的可耕地养活甜高粱燃料乙醇产业有一个完整的产业链,它22%的人口,粮食安全一直是关系国计民生的头等包括甜高粱育种、种植甜高粱籽粒,茎秆汁液,茎秆大事依靠粮食生产燃料乙醇以满足能源的需求近纤维和燃料乙醇汽油的调制,销售。它涉期内还很难实现。及育中国煤化工粉、多聚糖、低聚糖化学CNMHG工技术。这是一个1我国的可再生能源政策系统工程,要求集中管理,多学科联合攻关,它也是2006年国家正式实施了《可再生能源法》,国家一个能为国家可再生能源开发提供生物质乙醇的化工科技市场第30卷第2期朝阳产业。量更好的甜高粱新品种3为何选择甜高粱作为生产燃料乙醇的原4.2甜高粱籽粒的深加工甜高粱籽粒的淀粉质量分数为63%~65%,与料玉米的淀粉质量分数相近,它可以被加工成可口的研究问题必须从实际出发。中国人均可耕地面用高粱酒,也可以用来生产燃料乙醇,也可以从中积仅1.5亩左右相当于世界人均数量的45%。提取高粱色素或生产变性淀粉。后者广泛用于纺水资源缺乏,人均水资源为世界人均数的25%。此织、日化、食品等工业部门。外,盐碱地的面积有一亿余亩[即6.7百万公顷],4.3甜高粱茎秆汁液的深加工如果我们能够利用这些贫瘠的土地,种植可再生的茎秆汁液主要含葡萄糖、果糖等还原糖,糖液的耐旱、耐盐碱的能源作物,用它来生产燃料乙醇解锤度为15~2Bx。本公司完成了“十五”863计划决能源问题,岂不是好事。项目的另一项成果即:‘甜高粱茎秆制取乙醇’。概我们遵循‘不与粮食争地,不与农民争粮’的指括起来说甜高粱茎秆的加工有2种方法:示原则,完成了“十五”863计划项目,即:能源作物1)用压榨的方法提取茎秆汁液,然后进行预处甜高粱培育及能量转换技术研究,目前已达到的成理,调温、调营养盐含量,接种进行固定化酵母连续果是:可利用盐碱度低于千分之六的土壤种植甜高液体发酵,得到一定乙醇浓度的醪液最后,进行醪粱,生长期为116-125d,适于10℃以上有效积温液精馏,可采用清华大学的盐萃取精馏法或天津大大于2400℃的地区种植,茎秆高3~5m,茎粗学石油化工开发中心的分子筛高效变压变温吸附脱2-4cm,茎秆每亩产量4~6t,高粱籽粒产量水,得到乙醇含量为9.5%的乙醇。这种方法适宜300-400kg,这是一种能在盐碱地生长的粮秆兼收大规模生产,投资比较大,茎秆原料的运输半径大的甜高粱杂交品种,它的籽粒淀粉,茎秆含有的高糖需要集中压榨大量茎秆,糖汁液要及时处理,以免变汁液和茎秆纤维都可以用来生产燃料乙醇。质这种方法已进行了中试,取得了很好的效果。2)茎秆不经压榨,直接固体发酵,它适合在农采用现有生产技术,每3.3~3.5t籽粒可生产村不发达地区使用。茎秆经粉碎接种,固体发酵以1t乙醇;每16-18t茎秆可生产1t乙醇;每7~8t后,直接用蒸汽吹蒸,冷凝,得到质量浓度为60%茎秆纤维可生产1t乙醇。如果能使用占全国10%65%的粗乙醇。然后再将粗乙醇集中运输到精馏的盐碱地种植甜高粱,可以从中得到220万t乙醇,总厂,进一步精馏脱水,得到乙醇。870万t绝干纤维,300万t高粱籽粒。可以肯定地将若干个生产粗乙醇的小厂分散到甜高粱种植说,甜高粱是一种可再生的、有待大力开发的新能源基地,及时就近进行茎秆加工,得到的粗乙醇便于储作物甜高粱制取乙醇是一种符合国情的、安全的能存和运输,这样就解决了大量茎秆原料的运输和储源供应产业。存问题。把这种接近种植基地的粗乙醇加工小厂与4甜高粱生产乙醇所涉及的技术领域年加工能力数万吨的燃料乙醇精馏总厂相结合,这种创新的加工模式是适合我国国情的。我们已经完4.1遗传杂交育种技术成了几个工业化生产实验的示范工程,已具备商业甜高粱是C4作物,光合能力强。本公司通过化的水平十几年的遗传杂交育种工作,完成了“十五”863计4.4甜高粱茎秆纤维的乙醇生产划项目的一项成果即:‘能源作物甜高粱培育及能4.4.1甜高粱茎秆纤维的组成量转换技术研究’,培育出了十几个能够耐盐碱、耐甜高粱茎秆纤维主要是由397%的纤维素干旱的“醇甜系列”高能作物杂交甜高粱新品种。半纤维素和2252%的木素3种成份所有早熟、中熟和晚熟等品种有能力提供甜高粱良种组成中国煤化工素结构将它们相互及种植技术,取得了阶段性的科研成果。今后,我们之CNMHG形式的结合,一起构将在建立大型育种基地的基础上,进行包括太空变成了植物细胞壁物质。在开发植物纤维生产燃料乙异育种在内的遗传杂交育种工作,为产业化提供大醇的工艺技术时,一方面要求纤维素的产糖率高,损2007年2月蔡祖善:甜高粱燃料乙醇产业概论失破坏小,另一方面,又希望能够得到产糖率和纯度石化企业专营的技术关卡,它的储运也有特殊的要都高的高附加值的半纤维素分解产物,此外,尽量保求。此外,新销售网络的建立还须有赖于原有的汽留木素的原生态,为木素高附加值的产品加工奠定油销售体系的协助。因此,这是一个不可或缺的产基础,只有这样综合利用了茎秆的所有成份,这种综业链组成部分。合加工工艺才有可能商业化。4.4.2植物纤维水解工艺5甜高粱燃料乙醇产业化所面临的问题植物纤维是通过水解的方法生产乙醇的,这是尽管“可再生能源法”已出台,并已确定2006当今世界上最具挑战性的前沿工程之一,估计要经年1月开始实施,可再生能源规划中已囊括。同时,过若干年以后才可能投入商业化生产。现在,国内甜高粱燃料乙醇产业已得到国际和国内社会的认外都在大力进行研究。可,《能源作物甜高粱良种培育及其茎秆制取乙醇水解方法分为酸水解和酶水解2大类技术》在2005年底荣获联合国工发组织颁发的“全早期的科研主要集中在酸水解方法上,利用不球可再生能源领域最具投资价值的十大领先技术同种类、不同浓度的酸不同的液比,分段水解等方蓝天奖。但是,在产业化的过程中还面临以下问题。法进行探索性研究。从1944年美国政府在俄勒岗5.1国家经济扶持政策未落实州的 Springfield,投资建设的第一家木材水解厂到前首先,国家对4个定点厂燃料乙醇的补贴是这苏联二战以后建成的40多座水解厂,再到我国年产几家企业赖以生存的经济支柱,对于国家来说这种5000t乙醇的南岔木材水解厂,它们都是采用酸水补贴是一种“多贏”之举,起到一种“先予后得”的调解法。这些方法的共同缺点是糖产率不高,对设备控效果。此外,国家对燃料乙醇生产实行的财政补的腐蚀性大,从而提高了设备投资和运行费用。贴,并不应视为财政支出中的增量补贴,而是我国在近几十年来,随着生物工程技术的发展,为酶水加入WTO前对粮食出口补贴的一种合法代替和置解开辟了广阔的前景,纤维素酶是降解纤维素生成换,在生产、流通就业等相关环节给国家创造收入。葡萄糖的一组酶的总称,一般认为主要包括3类酶在‘十一五规划“第十二章优化发展能源工业组分:内切型葡聚糖酶(EG)、外切型葡聚糖酶第四节大力发展可再生能源”中提到:实行优惠的(CBH)、B-葡萄糖苷酶(CB)。在纤维素水解过程财税,投资政策和强制性市场份额政策,鼓励和消费中,首先EG在纤维素无定形区进行切割,产生新末可再生能源提高在一次性能源消费中的比重。但端,生成较小的葡聚糖;然后再由CBH作用于末端是,尚未公布上述政策的实施细则,目前,甜高粱燃基释放出纤维二糖和其他更小分子的低聚糖,最后料乙醇企业还得不到这种待遇,影响了产业化的发由B-葡萄糖苷酶将纤维二糖分解为葡萄糖。现展。我国利用非粮食原料生产的达标燃料乙醇的市在已经达到这样的水平,纤维素通过酶的作用可以场准入问题急待解决步酶解成乙醇,也可以2步即:先酶解成葡萄糖,5.2缺乏对国家能源供应承担责任的大企业的领然后再将葡萄糖酶解成乙醇。特别应该指出的是,军者基因重组生物技术的出现,为选育高酶活纤维素酶甜高粱燃料乙醇产业是一个系统工程,要求集生产菌株提供了可能,C5和C6糖同步发酵菌株为中管理,多学科的技术集成没有一个领军的大企业提高乙醇产率作出了贡献。可以这样说,对于酶法是很难使产业化运作起来的。水解的研究已成为纤维植物燃料乙醇利用课题的主出于对国家能源供应承担的责任感和对开发生攻方向。物质可再生能源重要性的认识,以及对甜高粱燃料目前在甜高粱茎秆纤维乙醇生产的技术还未乙醇产业认知程度,对国家能源供应承担责任的大过关的时候,茎秆纤维可在饲料、造纸和人造板工业企业相当这个领军角色。上应用,从而提高了现有甜高粱燃料乙醇产业整体5.3中国煤化工的经济效益CNMHG新兴的朝阳产业4.5燃料乙醇汽油的调制及销售网络在产业化的进程中需要研究的课题很多,其中也包国家对燃料乙醇汽油有严格的质量标准,这是括世界级的植物纤维燃料乙醇生产课题。国外对新4化工科技市场第30卷第2期兴产业的研发[D&R]资金投人是有一定比例的,国当人们置于即将结束对化石资源万般依赖的今内对于这个问题已有认识天,正视人类可持续发展的危机,去开发可再生能源54缺乏对全国甜高粱燃料乙醇产业基地的规划的明天的时候开拓者是需要胆识和魄力需要政府根据全国土地资源的状况,进行资源摸底在全乃至全民的鼎立支持。克服急功近利和大轰大嗡,国规划甜高粱种子培育基地,甜高粱种植基地及乙踏踏实实才能干出一点实事来。醇加工产业建设燃料乙醇配制体系的布局尚待完善作者附言:本文经王盂杰先生审阅,此外肖明林先生也提出了一些修改意见,在此表示感谢。6甜高粱燃料乙醇产业发展前景参考文献:现在,甜高粱燃料乙醇产业先驱已有一定的规[1 Office of Technology Assessment, A Technical Memorandum模,在黑龙江、辽宁、内蒙、山东、山西新疆等省都有Gasohol", Congress of the United States, Washington, D, c种植基地和加工厂,甜高粱乙醇的生产能力达到年sp,,1979产2万t。[2] A Challenge We Must Meet, Chemical and Engineering News在有关生物质能技术开发权威部门编制的“十Washington, D, C, March, 15, 2004五”科技计划项目可研报告中,预期甜高梁燃料51中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要乙醇生产关键技术开发与产业化示范将建6个点,[4]怎样看待粮食上涨人民日报,2004,2,24[5]高培基,曲音波,王祖农纤维素酶解过程的分析和测定[J]生产12万t甜高粱燃料乙醇。这是近期要实现的生物工程学报,1988,4(4):324目标。因此甜高粱燃料乙醇产业是一个可展示科6中华人民共和国2005年国民经济和社会发展统计公报技才能的大舞台,一个充满商机的乐园,一个能为国家能源供应出力的产业。可以这样设想,当甜高粱收稿日期:200-12-18燃料乙醇产业接近205年中国甘蔗种植面积作者简介:蔡祖(199-),男教投,高级工程师。主要从事林产97.3万公顷甘蔗产量8760万t的时候,这个产化工和生物燃料的技术研究与开发工作。业就算形成了。以轧见几从且综合信息《化工结晶过程原理及应用》一书出版化工结晶过程已成为人们十分关注的技术,在泛。此书共分三篇二十一章并设有化工结晶常用数化学工业中是重要工艺过程之一。《化工结晶过程据附录和内容索引,阅读方便。原理及应用》一书,2006年由北京工业大学出版社此书理论联系实际,内容系统、全面。编写十分出版发行。全书60万字,从三个方面讲述了化工结精细,纠正了以往同类书中的错漏和不妥之处,使之晶过程原理及应用。首先讲述了化工结晶的理论基成为本专业中更加完美的精品图书。作者大都为大础,从物化原理到结晶过程技术机理进行了全面论家所熟悉的化工结晶方面的老专家。述;第二篇讲述了化工结晶的工艺过程技术的应用。本书对从事工业结晶和化工生产、教学、设计、在应用篇中对化工结晶过程所涉及的生产领域,全研究的技术人员及大专院校师生均有学习参考价面阐述了从原理到设备设计及过程控制等方面的内值。本书也可作为高校本科和研究生教材。容。尤其是以结晶在无机盐、碱生产为重点实例,更化北京工业大学出版社加详尽地讲述了生产过程中的结晶原理和设备。所专中国煤化工涉及的化工产品有无机盐、碱、化肥、医药、橡胶、有CNMHG机和高分子、胶结材料及水的净化等,内容十分广