当前位置：文档之家 › 秸秆生产乙醇示范工程进展

秸秆生产乙醇示范工程进展

  • 格式：pdf
  • 大小：174.68 KB
  • 文档页数：4

技术进展秸秆生产乙醇示范工程进展杜风光,冯文生(河南天冠企业集团有限公司,河南南阳473000)

摘要:在简述发展秸秆乙醇必要性的基础上,概述了秸秆乙醇生产技术中的3个环节:秸秆原料预处理技术、秸秆纤维素水解技术、五碳糖与六碳糖发酵技术。深入分析了国内外秸秆乙醇的产业化现状,最后对发展秸秆乙醇项目提出了建议。关键词:秸秆;乙醇;纤维素;纤维素乙醇中图分类号:S216;TQ35　文献标识码:A　文章编号:0253-4320(2009)01-0016-04

Progressinalcoholproductionfromstraw:AdemonstrationprojectDUFeng2guang,FENGWen2sheng(HenanTianguanGroupCo.,Ltd.,Nanyang473000,China)

Abstract:Basedonthenecessitytodevelopalcoholproductionfromstrawreviewed,threestepsinalcoholproductionfromstraw,includingstrawmaterialretreatment,cellulosichydrolysisofstraw,andthefermentationofpentoses&hexosestechnologies,areintroduced.Theindustrialstatusofalcoholproductionfromstrawathomeandabroadareanalyzeddeeply.Finally,thesuggestionstodeveloptheprojectofalcoholproductionfromstrawareputforward.Keywords:straw;alcohol;cellulose;cellulosicalcohol

　收稿日期:2008-10-20

　作者简介:杜风光(1969-),男,硕士,高级工程师,长期从事生物化工产品生产工艺的研究、实施和技术改进,近年来主要从事生物燃料的研发工作,dufengguang@163.com。

木质纤维资源是地球上现存量最大的生物质资源,也是当前利用率最低的资源,是各国新资源战略的重点之一。农作物秸秆是木质纤维素资源的重要组成部分,我国现有可利用的农作物秸秆资源在7亿t左右。世界各国,尤其是美国、加拿大、德国、瑞典、日本等发达国家,都在致力于开发清洁高效的生物质资源利用技术,以达到保护矿产资源、保障国家能源安全、实现CO2减排和经济可持续发展的目的。利用农作物秸秆、木屑、废纸等可再生木质纤维类原料(主要含纤维素、半纤维素和木质素三大组分)生产燃料乙醇是木质纤维素类生物质工业转化的一个重要方向,其主要生产工艺过程包括原料预处理、纤维素水解、五碳糖与六碳糖发酵、乙醇分离。迄今为止,全世界已有十几套纤维素乙醇的中试生产装置在运行。为了能够提高我国在新的资源竞争领域内的优势,尽快实现纤维素乙醇产业化已势在必行。结合我国资源匮乏的国情,在国内发展纤维素乙醇更加具有现实意义。1　发展秸秆乙醇的意义如何解决石油的短缺问题是21世纪全球面临的难题之一。据预测,按照目前已探明的世界石油储量和开采速度,全球石油的平稳供应只能维持40

年左右,发展可再生能源特别是生物能源,是解决能源危机的重要出路。燃料乙醇由于其成熟的生产应用技术和丰富的原料来源成为世界各国首选的生物能源,但目前的燃料乙醇主要是由粮食转化而来,它们虽属可再生资源,但生产受到粮食产量的限制。为解决这个问题,全世界都将目光集中在产量大、来源广的纤维质原料。利用秸秆等农林废弃物生产燃料乙醇,不但可以解决燃料乙醇生产原料的不足,还可以解决农林废弃物的出路,减少农林废弃物对环境的污染。从产品生命周期评估来看,利用秸秆等农林废弃物生产乙醇工艺路线一方面可以获得较多能量产出,另一方面与使用化石燃料相比可以有效降低温室气体排放。在美国内布拉斯州农业研究服务中心所做的研究中,KenVogel计算出生产纤维素乙醇的全部用能。这一研究包括生产拖拉机、制取农田植物种子、生产除草剂、生产化肥和收获过程使用的能量。研究表明,纤维素原料生长使用一个单位的能量,可得到近515个单位能量的乙醇。它甚至比从

・61・Jan.2009现代化工第29卷第1期ModernChemicalIndustry2009年1月谷物生产乙醇的效率更高。纤维素乙醇排放的温室气体二氧化碳比谷物原料乙醇少得多。纤维素乙醇排放二氧化碳比一般的汽油要少80%,而谷物基乙醇仅少20%。2　秸秆乙醇生产技术由于秸秆纤维素类物质的组成成分复杂、稳定,使得其生物降解难以迅速进行。在秸秆类纤维素的微小构成单位周围被半纤维素及木质素层的鞘所包围。木质素虽然对纤维素分解物质(如酶等)反应没有阻碍作用,但它阻止纤维素分解物对纤维素的作用。因此,人们不得不借助化学的、物理的方法进行预处理,使纤维素与木质素、半纤维素等分离;半纤维素被水解成木糖、阿拉伯糖等单糖。经预处理后,有的纤维素的酶法降解速率甚至可以与淀粉水解速率相比。211　秸秆原料预处理技术常用的秸秆原料预处理方法有稀酸预处理法、碱预处理法等方法。稀酸预处理法可破坏纤维素的结晶结构,使原料结构疏松,从而有利于酶水解。按照美国国家可再生能源实验室(NationalRenewableEnergyLaboratory)的稀硫酸工艺,秸秆经研磨后加入预处理反应器,在190℃和质量分数为111%的硫酸中,约有90%的半纤维素转化为木糖。虽然经过稀酸处理后可以显著提高纤维素的水解速率,但容易产生抑制乙醇发酵的糠醛、乙酸等有害物质。碱处理法是利用木质素能够溶解于碱性溶液的特点,用稀氢氧化钠或氨溶液处理生物质原料,破坏其中木质素的结构,从而便于酶水解的进行。稀NaOH处理引起木质纤维原料润胀,导致内部表面积增加,聚合度降低,结晶度下降,木质素和碳水化合物之间化学键断裂,木质素结构受到破坏。也有通过剧烈体积变化和较高温度来破坏纤维素木质素致密结构、部分降解半纤维素的工艺,如蒸汽喷爆、氨气处理等,这些工艺设备大多较复杂,成本也较高。目前,秸秆无污染汽爆方法中,秸秆预处理费用占到了燃料乙醇生产成本的15%。212　秸秆纤维素水解技术预处理后的纤维素需要进一步水解成单糖,才能被微生物利用发酵生产乙醇,目前主要采用酸水解工艺和酶水解工艺。酸水解工艺是利用无机酸进行催化,使纤维素转化为单糖,温度一般在100～300℃,时间较短,催化剂的成本较低。但酸水解纤维素过程中,水解得到的单糖会进一步发生副反应,

得到副产物,其主要成分为有机酸、酚类和醛类化合物,这些副产物往往对微生物发酵过程是有害的,会降低发酵效率。酸水解工艺还会产生大量的含酸废水,增加了环保治理难度。酶水解工艺是利用纤维素酶将纤维素水解成单糖,酶水解工艺的优点在于:

可在常温下反应,水解副产物少,糖化得率高,不产生有害发酵物质,并且可以和发酵过程耦合。但是现有技术生产的纤维素酶酶活低,所以酶的使用成本很高,阻碍了纤维素乙醇的商业化。美国国家可再生能源实验室在经过稀酸预处理过的含半纤维素的秸秆水解产物中加入纤维素酶,

稀释后约有20%的固体,然后在65℃的糖化反应器中停留36h,约90%的纤维素转化为葡萄糖。目前,美国杰能科国际有限公司(GenencorInter2national,Inc.)声称已经将纤维素酶的生产成本降低

到原先的1/30,达到51284～71926美分/L。丹麦诺

(上接第15页)[6]AyhanDemirbas.Biomassresourcefacilitiesandbiomassconversionprocessingforfuelsandchemicals[J].EnergyConversionandManage2ment,2001,42(7):1357-1378.[7]BridgwaterAV,MeierD,RadleinD.Anoverviewoffastpyrolysisofbiomass[J].OrganicGeochemistry,1999(30):1479-1493.[8]AtulSharma,RaoTR.Kineticsofpyrolysisofricehusk[J].Biore2sourceTechnology,1999,67:53-59.[9]AlmanS,StubingtonJF.Thepyrolysiskineticsofbagasseatlowheatingrates[J].BiomassandBioenergy,1992,5(2):115-120.[10]刘荣厚,牛卫生,张大雷.生物质热化学转换技术[M].北京:化学工业出版社,2005:1-10,77-93.

[11]祖元刚,等.一种利用中药或植物药提取固体废弃物制造机制炭的方法:中国,1803981A[P].2006-07-19.

[12]李建政,汪群慧.废物资源化与生物能源[M].北京:化学工业出版社,2004:4-12.

[13]吴创之,马隆龙.生物质能现代化利用技术[M].北京:化学工业出版社,2003:3-4.

[14]Ken2ichiKuroda,KokkiSakai.Analysisofligninbypyrolysis2gaschro2matography:Ⅱ.Effectofborosilicateglassfibersonpyrolysisproductcomposition[J].MakuzaiGakkaishi,1993,39(5):584-589.[15]HasanFerdiGercel.Theproductionandevaluationofbio2oilsfromthepyrolysisofsunflower2oilcake[J].BiomassandBioenergy,2002(23):307-314.[16]FandaAtes,AyseEputun.FixedbedpyrolysisofEuphorbiarigidawithdifferentcatalysts[J].EnergyConversionandManagement,2005(46):421-432.[17]何光设,蒋恩臣.生物质成型材料干馏裂解工艺试验[J].农业工程学报,2006(S1):129-131.■

・71・2009年1月杜风光等:秸秆生产乙醇示范工程进展

合集下载

棉花秸秆生产燃料乙醇的预处理技术研究概述

棉花秸秆生产燃料乙醇的预处理技术研究概述

棉花秸秆生产燃料乙醇的预处理技术研究概述摘要乙醇是一种很有希望替代有限石油的燃料。

我国目前燃料乙醇生产的主要原料是陈化粮，但我国陈化粮可用于燃料乙醇生产的量十分有限。

棉花秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素和其它灰分等组成，经过预处理、发酵和脱水可生成燃料乙醇，在能源急剧短缺的今天，丰富而又可再生的棉花秸秆已经备受关注。

纤维质材料的预处理是转化乙醇过程中的关键步骤，该步骤的优化可明显提高纤维素的水解率，进而降低乙醇的生产成本。

本文总结了纤维质材料预处理的各种方法，对各种方法的优缺点进行了综述和分析，并对生物质预处理技术发展的前景进行了展望。

关键词：棉花秸秆；预处理；生物乙醇RESEARCH ON PRETREATMENT OF COTTON STALK FORBIOETHANOL PRODUCTIONABSTRACTEthanol is promising alternative energy source for the limited crude oil. Ethanol mainly comes from aged grain in our country.However, the aged grain which is used to produce ethanol is lim-ited. Cotton stalk is composed of cellulose, hemicellulose, lignin and solvent extractives. Ethanol can be obtained by pretreatment, fermentation and dehydration of cotton stra-w. In the current circumstances of energy shortage, abundant and renewable cotton str-aw has caused widespread concern.Petreatment, the critical technology for transformation of lignocellulosic materials to ethanol, can significantly enhance the hydrolysis of cellulose, and then reduce the cost of ethanol production. Progress in research and development of pretreatment is re-viewed in this paper, and the advantages and disadvantages of different methods of pretreatment a-re summarized and analyzed in detail. The prospect of pretreatment is also discussed.KEY WORDS: Cotton stalk; Pretreatment; Bioethanol第一章文献综述1.1 前言能源是当今社会赖以生存和发展的基础。

燃料乙醇生产的工艺流程

燃料乙醇生产的工艺流程

燃料乙醇生产的工艺流程燃料乙醇是一种能源资源丰富、环保、可再生的生物能源，其生产工艺流程包括生物质原料处理、糖化、发酵、蒸馏等多个环节。

下面我们将逐步介绍燃料乙醇的生产工艺流程。

第一阶段：生物质原料处理生物质原料主要包括玉米、甘蔗、木材、秸秆等。

在生产过程中，首先需要将生物质原料进行破碎、研磨处理，以增加原料与水的接触面积，有利于后续的糖化和发酵。

随后对原料进行蒸煮处理，以破坏纤维素结构，使得纤维素和半纤维素变得更易被酶解成糖类物质。

第二阶段：糖化糖化是将原料中的淀粉或纤维素水解成糖类物质的过程。

将蒸煮处理后的原料加入水中，然后添加酶类催化剂，通过恒温发酵，使得淀粉转变成葡萄糖，纤维素转变成木糖和半乳糖等，这些糖类物质是后续发酵的主要碳源。

第三阶段：发酵在糖化过程中得到的糖类物质要进一步进行发酵，将糖类物质中的葡萄糖转变成乙醇和二氧化碳。

发酵一般使用酵母菌进行，通过向糖类物质中添加适量的酵母菌和其他营养物质，发酵温度和pH值的控制，使得乙醇逐渐积累并达到理想的浓度。

第四阶段：蒸馏发酵后得到的发酵液要通过蒸馏过程进行乙醇的提纯。

首先通过蒸馏设备将发酵液中的乙醇分离出来，随后经过精馏等处理，将乙醇的纯度提高到工业标准。

在蒸馏过程中还会产生一定量的醛类和杂醇物质，需要进行分离和脱除，以确保乙醇的纯度。

第五阶段：除水处理生产的燃料乙醇中会有一定量的水分，需要通过脱水处理使得乙醇的含水量降至工业标准以下，一般采用分子筛吸附或气相或蒸馏等方法进行脱水处理。

第六阶段：添加剂处理最后一步是对乙醇进行添加剂处理，这包括添加防腐剂、防结霜剂、色素等，以提高乙醇的稳定性和适用性，保持产品的质量和使用寿命。

通过以上几个阶段的工艺流程，原料中的糖类物质被转化为燃料乙醇，成为一种环保、可再生的生物能源，其生产工艺流程相对复杂，需要控制好各个环节的操作条件和原料质量，以便生产出高质量的乙醇产品。

同时，通过改良工艺流程，优化生产设备，采用新型酶类和菌种等，还可以提高乙醇的产率和降低生产成本，促进生物燃料乙醇产业的可持续发展。

秸秆生产乙醇的化学方程式

秸秆生产乙醇的化学方程式

秸秆生产乙醇的化学方程式【实用版】目录1.秸秆生产乙醇的背景和意义2.秸秆生产乙醇的化学方程式3.秸秆生产乙醇的优缺点4.我国秸秆生产乙醇的发展现状和前景正文1.秸秆生产乙醇的背景和意义随着我国经济的快速发展，能源问题日益突出，而乙醇作为一种可再生能源，在我国的应用前景十分广阔。

秸秆作为农业生产的废弃物，具有广泛的来源和低成本的优势，将其转化为乙醇不仅可以解决能源问题，还能减少农业废弃物的污染，提高农业资源利用率。

2.秸秆生产乙醇的化学方程式秸秆生产乙醇的主要过程是生物发酵法，其化学方程式如下：纤维素 (C6H10O5)n →葡萄糖 (C6H12O6) →乙醇 (C2H5OH) + CO2其中，纤维素是秸秆的主要成分，通过生物发酵过程中的酶解作用，转化为葡萄糖，再经过酵母发酵，最终生成乙醇和二氧化碳。

3.秸秆生产乙醇的优缺点优点：- 秸秆作为农业废弃物，来源广泛，成本低廉，具有可持续性。

- 乙醇作为可再生能源，对减少石油资源消耗，缓解能源危机具有积极意义。

- 乙醇具有较好的环保性能，可降低汽车尾气排放，减少空气污染。

缺点：- 秸秆中含有的杂质较多，需要经过多道工序处理，生产成本较高。

- 乙醇的热值较低，作为燃料使用时，其行驶里程较短。

- 乙醇的生产和储存技术要求较高，对设备和条件有一定要求。

4.我国秸秆生产乙醇的发展现状和前景我国是农业大国，秸秆资源丰富，近年来，政府加大了对秸秆资源化利用的支持力度，秸秆生产乙醇产业得到了快速发展。

然而，由于技术、资金等多方面原因，我国秸秆生产乙醇产业仍处于初级阶段，距离大规模商业化应用还有一定距离。

玉米发酵生产酒精工艺

玉米发酵生产酒精工艺

玉米发酵生产酒精工艺酒精是一种重要的工业原料,广泛应用于食品,化工、医药等领域,而且可以部分或全部替代汽油,具有安全、清洁、可再生等优点。

传统的酒精生产主要以糖蜜、薯类、谷物为原料发酵而成。

近年来,随着人口增长和经济的发展以及可利用耕地面积的减少使得酒精生产成本日趋增高,利用丰富、廉价的玉米秸秆为原料生产酒精已成为必然趋势。

我国是一个农业大国,各种纤维素原料资源非常丰富,仅玉米秸秆年产量大约2亿吨。

目前,玉米秸秆除了少部分被利用外,大部分以堆积、焚烧等形式直接倾入环境,极大地污染了环境,也是一种资源浪费。

如果将玉米秸秆经过预处理后水解,其所含的纤维素和半纤维素可分解成糖,经发酵可转化为酒精,转热效率可达30%以上。

这样不但缓解人类所面临的食物短缺,环境污染、资源危机等一系列问题,而且还能实现人类的可持续发展,因而近年来玉米秸秆成为生物能源领域的研究热点。

玉米生产酒精的工艺流程如图。

1玉米秸秆简介玉米秸秆主要由植物细胞壁组成,基本成分为纤维素、半纤维素和木质素等。

木质素将纤维素和半纤维素层层包围。

纤维素是一种直链多糖,多个分子平行排列成丝状不溶性微小纤维,半纤维素主要由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖组成,木质素是以苯丙烷及衍生物为基本单位组成的高分子芳香族化合物。

其中,木质素是一种燃料,半纤维素可水解为五碳糖,而纤维素水解为六碳糖比较困难。

2玉米秸秆预处理由于玉米秸秆结构复杂,不仅纤维素、半纤维素被木质素包裹,而且半纤维素部分共价和木质素结合,同时纤维素具有高度有序晶体结构。

因此必须经过预处理,使得纤维素、半纤维素、木质素分离开,切断它们的氢键,破坏晶体结构,降低聚合度。

常见预处理方法有物理法、化学法、物理化学法和微生物法等。

2.1挤压膨化法该方法属于物理处理法,是将原料粉碎后调节至一定水分,加入挤压机内,物料在螺杆的旋转推动下向前运动,同时被剪切、挤压。

并且在摩擦热的作用下温度可接近140℃;然后从挤压机中喷出,物料的压力突然降低、体积迅速膨胀,纤维素晶体结构被破坏,从而为纤维素的酶解处理创造条件。