燃料乙醇生产原料技术分析

科技信息高校讲坛 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION2008年第14期燃料乙醇生产原料技术分析刘超超孙然李海亮(中国矿业大学江苏徐州221008)【摘要】燃料乙醇,有校高辛烷值,按合适比例调入汽油中,会提高汽油的辛烷值,降低汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放,减少环境污染。生产燃料乙醇的原料丰富,从粮食作物到经济作物再到新兴的木质纤维素。随着降低生产成本的需求日益强烈人们不断寻求原料与生产工艺的最优结合【关键词】燃料乙醇;生产原料;生产工艺随着世界化石能源的日趋匮乏,石油类产品价格日益攀升,开发2.2边糖化边发酵一种绿色可持续的能源已经变得相当急迫。乙醇作为一种生产工艺成边糖化边发酵,主要是针对纤维素类原料包括同时糖化戊糖单熟,生产原料来源广泛的替代能源越来越受到人们的关注。独发酵(SSF)法和同时糖化共发酵(SSCF)法。两者都是原料不经过预乙醇既是一种基本的化工原料,又是一种绿色新能源。未来乙先糖化,而是预处理后直接进入发酵罐糖化和发酵在同一发酵罐中的市场方向将主要体现在三个方面:进行,但前者是水解和己糖发酵同时进行,而分离出的戊糖单独发酵;一、车用燃料主要是乙醇汽油和乙醇柴油后者是水解戊糖、已糖发酵同时进行。这种操作方法免去了专门的糖二、作为燃料电池的燃料。化工序,使发酵罐中糖液浓度始终保持较低浓度,从而减弱了产物对三、成为支撑现代以乙烯为原料的石化工业的基础原料酶的抑制作用,提高原料的转化率,生产过程比较平稳,设备的利用率较高燃料乙醇生产原料种类丰富,主要分为以下几种:粮食类作物经同步糖化发酵法分为两种类型:一种是采用酶糖化和徽生物发酵济类作物,木质纤维素。1.1粮食类作物汽爆处理后的毛白杨木粉,醇的转化率比分步法提高了16倍(同步目前,市场上生产燃料乙醇较为成熟的技术主要是依靠玉米、小糖化发酵法醇的转化率为86%,分步法为53.75%另一种是糖化和麦等粮食类作物为生产原料。在我国,目前的燃料乙醇生产企业基本发酵都采用微生物同步进行即联合生物加工工艺BP),但由于两种是以采购新粮进行生产的,但粮食产量的增长已远不能满足企业的生微生物之间存在互生共生、寄生、洁抗、捕食等关系因此必须找到一国家在《可再生能源发展“十一五”规划》中明确了“非粮”的发展方向菌和酿酒酵母及拟内胞霉菌和酿酒酵母同步糖化发酵淀粉,可使乙醇并将采取措施逐步抑制以粮食为原料进行的燃料乙醇的生产。转化率达93%。此外同步糖化发酵还可缩短生产周期1.2经济类作物但目前这两种方法都还不成熟,存在较多的问题,以木质纤维素以经济类作物甘蔗、高粱、木薯等生产燃料乙醇,基本上解决了生产燃料乙醇为例,用酶糖化时,酶用量较大,而酶价又较高,酶无民争粮的问题此类作物产量高,含糖量高,抗,抗盐碱,且生产成本法回收利用,因此生产成本居高不下,这就要求更新的预处理工艺,进较低具有很大发展前景。尤其是木薯,有超常的气候资源利用率,单一步降低纤维素的聚合度、结晶度,破坏木质素、半纤维素的结合层,含量高等优势生产成本较玉米为低。日前发展经济类作物存在的主少酶的用量。目前的预处理工艺从物理法的机械破坏微波或超声波要问题是品种单一,种性退化较严重,单产量低需要进一步改进种植等,化学法的酸或碱处理,到物理化学结合方法的蒸汽爆破技术和氨技术,提高单产量。冷冻爆破技术,再到新兴的生物方法一一真菌处理(主要是木腐中1.3木质纤维素的白腐菌、褐腐菌、软腐菌)工艺在不断的研究改进中。由于糖化和发从更长时期来看,粮食经济作物只是生产燃料乙醇的过渡性原酵同时进行而二者温度的矛盾必然要求选育驯化一株高温发酵能料,还不足以改变中国整个能源结构。承担改变中国能源结构重任的,力强的株。另外,废料的回收利用问题有进一步解决CBP法不但是在全国比比皆是的以秸秆为代表的植物纤维。纤维素是地球上贮量存在以上问题,还有糖化和发酵株的选育问题在生产过程中如何利用来生产乙醇,中国能源问题就能得到根本解决。但目前秸秆生产在生料发酵中一般也采用这种生产工艺生科发酵是指原料不经乙醇普遍面临着技术不成熟(主要是纤维素分解成单糖)的问题,因此过蒸煮,直接进行糖化和发酵。省去了高温蒸煮工艺降低了能源的消生产成本较高。一旦技术获得突破进展,实现工业化生产,则对突破我耗,简化了操作工序,便于进行工业化生产。采用增香型生料酿酒高产国资源瓶颈将起到重要的作用。技术可减轻劳动强度60%以上,节约能源70%以上,增加出酒率40%以发展的眼光看,解决燃料乙醇大量使用时所需原料问题的途径以上大大降低了生产成本。将最终转向纤维,依靠生物技术、基因技术等高新技术的发展,通过筛2.3液化糖化连续发酵工艺物资源,开发和实现利用纤维素生产酒精技术的产业化,可为燃料乙不断的加入反应器内,另一方面又把反应物料连续不断的取出,使反醇生产提供取之不尽的可再生植物原料。应条件(如反应液体积等)不随时间变化的操作方式。具有易机械化、2燃料乙醇生产工艺现状分析自动化操作节约劳动力,缩小反应器体积,缩短生产周期减少操作2.1先糖化后发酵(SHF)糖化再发酵,即有机底物先被纤维素一长时间发酵增加了杂菌污染或菌种变异的概率。而且反应过程较带来的污染,产品质量较稳定等优点。但连续式培养要求原料品质均工艺都是酶、淀粉酶、糖化酶水解为可发酵的糖液,然后在酒精酵母的作用下生难控制,对设备和技术要求较高,因此,目前国内还不能实现燃料乙醇成乙醇和二氧化碳。但由于化的理想温度为50℃而发酵的最伟温的连续式发酵生产下,才能进入发酵罐发酵,而酵母发酵为放热,发酵罐也需要冷却,这固定化发酵,活细胞可连续重复使用,发酵罐中的细胞浓度始终样要消耗大量冷却水,再加上大量有机底物转化后使产物浓度增加,保持很大,不但节省了用于细胞生长的糖类,而且催化效率高,乙醇产产物的积累会抑制酶的活性,使转化率降低,因此既使设备利用率降生速度快,产量也高。传统的乙醇生产工艺采用游离细胞发酵,细胞随液不断低生产工艺复杂,又浪费了能源,加大了生成成本,在强调“节能高发酵液断流走,使发酵液中菌种浓度降低,乙醇产生速度慢发酵时效”的今天,这种方法必然不能满足人们的要求,但由于发酵的温度不间长,且所用发酵罐多,设备利用率不高研究采用固定化体哈塔假丝高,对酵母菌的耐热能力和高温发酵能力要求也就不高。酵母发酵杨木水解液,发酵15小时,糖的利用率达到(下转第139页)科技信息高校讲坛 SCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION2008年第14期他选择的。与此相反,A小P泰勒就声称:“在我看来,这就是有关希特勒是否有意发动战争这个问题的关键。他并不是一心想要战争爆【参考文献】【参考文献发,除非他可以使用某种聪明的诡计逃避战争如同他曾经逃避国内[1]耀先主编:《德意志军事思想研究》北京:军事科学出版社1999年版第战争一样。教授也认为“勒的观点有点过份”。不过,公正地讲,764页希特勒的个人因素是导致二战的重要原因。2 [2 ]https/ww.bbe.co. uk/dna/h282/a737705.270.回顾历史可以看到希特勒上台之后,开始疯狂的扩军备,他3]王为民、张晓:《德意志强悍之谜》,北京:解放军文艺出版社1994年版,第,他163页利用纳粹扩张与集权的理念,打破《凡尔赛和约》对德国军力的限制,4马:《闪击战的产生及演变:170-1939年》《军事历史研究)1987年第4魔术般地打造了一支现代化的庞大军队。尤其希特勒对闪击战实施的期作用是不可忽视的。1932年,希特勒曾说过,“下次战争将完全不同于[5](意)朱利奥·杜黑、教风,华人杰译:《制空权》,北京:解放军出版社,2005上次战争,步兵攻击和密集队形将过时,持续多年在固定的战线进行年版,第154页的呆板的正面攻击将不会再现。我断定…我们将再次获得机动作战[6](苏)谢·帕·伊万诺夫刘明杰等译:《战争初期》,上海:上海译文出版社197的优越性。化坦克部队通过训练场时,不由得欣喜若狂,“这是(7](德)古德里安张云译:《坦克一前进》,北京:解放军出版社,1981年版,第手所以,希特勒的思想与222页,她我所希望的东西,这就是我所需要的东西。建专门装甲师的建8]德)斯特沙伊贝特王丰:《这就是古德里安,弗里德贝格聪帕拉希特古德里安的观点不谋而合。后来,古德里安议,得到希特勒的积极支持于1935年秋建立了德国也是世界上第斯出版社,第173页世界大战经验与教训》,北京:世界知识出版社,1987年一批三个装甲师[9]张海等著:《第同时,希特勒通过诡诈的权术,利用西方国家的缓蜻政策在英【10]德国军事历史研究局:《德意志帝国与第二次世界大战)(1),德意志出版国、法国、苏联之间巧妙地周旋使他的敌人都认为希特勒最有可能成社1979年版第73页第635页发动了导致有61个国家、20亿人参战,5700万人死亡的第二次世界史》,第2卷,上海:上海译文出版社,1981年版大战,把整个欧洲、整个世界推进了血泊,给人类带来了前所未有的巨12]德国军事历史研究局《德意志帝国与第二次世界大战(1),德意志出版人敢反对他的意志所以由德国发动的第二次世界大战跟他有着直接13](美)小约瑟夫奈.张小明译:《理解国际冲突一理论与历史)(第五版),上的关系。正如伊恩科肖所讲:“德国为了追求世界权,缔结一个同海:上海世纪出版集团2005年版,第112-129页盟,对抗一些强大的国家。这是一场以弱胜强的赌局,必然导致希特勒14](苏)列宁中共中央马克思恩格斯列宁斯大林著作编译局编译:《列宁全……因此,希领袖正表明,德国不仅具有从未有过的毁灭力量,而且本身也包含着克劳斯·费舍尔(下册》》南江苏人民出版社,2005年版,第574页自我毁灭的种子。所以希特勒就是一个将人类带进战争深的恶. The Origins of the Second World War2nd edGreenwich:结的政治狂人17](英)查尔斯·梅辛杰王风译:《闪击战》古斯塔夫·吕贝出版社,1978年版综上所述正是由于资本主义的政治经济发展不平衡最终酝酿了18](德)古德里安李梦云译:闪击英雄》,北京:战士出版社,1981年版,第25第二次世界大战而德国民众国家和民族的辱被野心家利用、人民希页望摆脱经济困难的迫切、德意志文化传统中的负面因素、英、法、美的[19] Kerhaw,Hitler and the Nazi Dietatorshipin Mary Fulbrookd,German蜻政策等等因素都加速了这一过程1939年9月1日凌晨,德国军利ondom Amold13用夜幕的掩护,在2300多架飞机的支援下,对波兰发动突然袭击标志著一场世界性的战争第二次世界大战的全面爆发。科[责任编辑:张艳芳](上接第150页)90%,酒精浓度为24.9g/L,发酵18小时,糖的利用率【参考文献】达93%酒精浓度超过理论值的90%2.5高浓度发酵2]苏小军,熊兴,谭兴和,刘明月燃料乙醇发酵技术研究进展湖南农业大有人将高浓度乙醇发酵定义为,每1L发酵液中含有300g(3%学2073(wv))或高可溶性固型物的乙醇发酵。一般情况下,发酵所获得的【3]韩德奇李伟张冬,徐国英燃料乙醇的生产进展和应用探讨化工技术经济2002,20(6):9-15.乙醇体积分数为8%-12%,而高浓度发酵可使乙醇的体积分数达到[4]张敏,曹燕子,李志斌燃料乙醇研究状况及发展前景湖南科技学院学报研究,在0,酸酒酵母能够完全含38%90728由于乙醇是微生物代谢的产物,其积累到一定程度对菌种有一定5]武东梅李新,孙新纪纤维素类物质发酵生产燃料乙醇的研究进展的毒害作用,选育耐高乙醇度的菌株具有重要意义。因此,国内外对高【6]李家洲,周爱芳,廖俊杰阳元娥啤酒传统间歌工艺与固定化酵母连续工艺浓度乙醇发酵的研究主要集中在两个方面:一是高产和高耐受力菌种之比较广东轻工职业技术学院学报200324.的选育;二是发酵工艺条件的研究。[7]张素平,颜涌捷,任铮伟,李庭纤维素制取乙醇技术化学进展,2007,19结束语产目前燃料乙醇每吨的价格比石油高约1000元,因此开发新的生8]刘娜,石兰木质纤维素转化为燃料乙醇的研究进展现20052燃料乙醇的生产规模;降低原料的费用;新型菌株的开发与应用:生产10岳国君,武国庆,都小明我国燃料乙醇生产技术的现状与展望化工进工艺过程的合理设计与改进新型高效生产设备的设计与用;产物腰2007,1978分离副产物产品的加工利用;废液处理。11马晓建,孙风杰,刘龙飞降低燃料乙醇生产成本若干问题的分析河南化燃料乙醇作为绿色可再生能源,不仅可以使使用石油的时代得以工2039(4延长,更为我们发展绿色产业和循环经济展现出一条现实通道,它完12]侯保朝,杜风光,豪,贾新成,刘代武高浓度酒精发酵酿酒科技全可以形成一个充满活力的全新产业、战略产业、环保产业和希望产2005.4(93业从煤炭的发现到煤化工,从石油的开采到石油化工,是大自然赋【13]夏明,丁红卫,余世袁固定化增值细胞发酵半纤维素糖类的研究食品人类的发展机遇;从乙醇的开发到乙醇化工,实现资源的续利用,将与发业19是人类实现人与自然和谐发展更加精彩的创造。科[责任编辑:田瑞鑫