生物乙醇的生產(chǎn)與發(fā)展

第38卷第2期當代化工2009年4月Contemporary Chemical Industry生物乙醇的生產(chǎn)與發(fā)展龔德詞(中油化工與銷(xiāo)售西南公司,四川成都610015)摘要:敘述了生物乙醇的生產(chǎn)原理和工藝技術(shù),對生物乙醇發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析探討,并對我國發(fā)展生物乙醇提出了合理化建議。關(guān)鍵詞:生物乙醇;纖維素;生產(chǎn);發(fā)展中圖分類(lèi)號:TQ223.122文獻標識碼:A文章編號:1671-0460(2009)02-0178-04燃料乙醇制造多以糧食等農作物為原料,屬(3)纖維質(zhì)原料,如樹(shù)枝、木屑、工廠(chǎng)纖維質(zhì)下腳于可再生能源,具有可持續發(fā)展的意義;汽油內料等。增加乙醇組份,使其含氧量、辛烷值提高,燃燒更加完全汽車(chē)尾氣中CO0和C一H化物排放量分2生物乙醇制造原理別降低30.8%和13,4%,其燃燒排放的CO2和生21水解(糖化)物源生長(cháng)消耗的CO2幾乎等量,具有改善環(huán)境21.1淀粉原料水解質(zhì)量的意義;燃料乙醇可替代部分石油能源,減淀粉分子。淀粉由葡萄糖基團聚合而成的,輕了國內石油安全的壓力對我國經(jīng)濟發(fā)展具有是多糖中最易水解的一種。天然淀粉含有直鏈與戰略意義。支鏈兩種淀粉結構,不同原料中直鏈結構淀粉的2004年2月10日,國家發(fā)改委、公安部財質(zhì)量分數分別為:玉米21%~39%、小麥40%土政部、商務(wù)部、稅務(wù)總局、環(huán)境保護總局、工商行豆25%政管理總局、質(zhì)量監督檢驗檢疫總局等八部委決淀粉糊化與液化。淀粉在水中加熱、溶脹定將使用車(chē)用乙醇汽油試點(diǎn)范圍擴大到吉林、黑60~80℃時(shí)破裂,開(kāi)始糊化成α-淀粉,再加熱龍江、河南、安徽遼寧五省全境及湖北、山東、河使支鏈淀粉溶解,成流動(dòng)性醪液,即完成了淀粉北等省的部分城市拉開(kāi)了我國大量合規使用乙液化。不同淀粉原料完全液化溫度為:土豆醇汽油的序幕。132℃、小麥136~141℃、玉米146~151℃2008年4月15日,廣西僮族自治區在全境淀粉水解(糖化)。在已經(jīng)完成液化的淀粉醪內封閉銷(xiāo)售、使用非糧(木薯)乙醇汽油,成為我液中加入酶制劑或糖化曲使淀粉全部轉化為葡國首個(gè)推廣使用非糧原料乙醇汽油的省區。萄糖。生物乙醇的原料2.1.2纖維質(zhì)原料水解纖維素、半纖維素、木質(zhì)素。纖維素是由葡萄制造生物乙醇的原料主要有3類(lèi):(1)淀粉糖β-1,4-糖苷鍵連接而成的聚合物,是結構上原料,是制造生物乙醇的主要原料,約占各種生無(wú)分枝、性質(zhì)穩定的多糖,它是構成植物細胞壁物原料的80%,如玉米(占35%)薯類(lèi)(占45%)的主要成份。各種纖維質(zhì)原料中的纖維素質(zhì)量分等;(2)糖類(lèi)原料,如蜜糖、蔗糖、甜菜、甜高梁等;數為:稻麥秸桿40%~50%木材40%~50%、玉·收稿日期:200903-11中國煤化工作者藺介:龔德詞(1964-),女,湖北沙市人,工程師,1984年畢業(yè)于承德有電話(huà):028-86520503。CNMHG經(jīng)大學(xué)2009年4月龔德詞:生物乙醇的生產(chǎn)與發(fā)展米芯53%。半纖維素、木質(zhì)素與纖維素一起伴生催化劑酵母于植物細胞壁中。半纖維素是一種易水解的多糖。木質(zhì)素是具有苯基丙烷結構單元,并通過(guò)碳纖維原料→預處理→水解→發(fā)酵→蒸餾→產(chǎn)品碳鏈接而成三維結構的高聚物,其性質(zhì)穩定、4生物乙醇的發(fā)展較難水解。纖維素水解?？捎盟崴?例如美國B(niǎo)P公根據統計,2007年全球生物乙醇產(chǎn)量已達4司的稀酸水解)與酶水解(例如加拿大loge公500萬(wàn)t,預計2020年前后將發(fā)展到2億t,相當司的酶消解生物法)2種方法對纖維素進(jìn)行水于現在世界石油生產(chǎn)量的5%。我國已有吉林燃解。纖維素的酸水解,以硫酸、鹽酸氫氟酸等強料乙醇有限責任公司、河南天冠集團、安徽豐原酸為催化劑其反應過(guò)程為生物化學(xué)股份有限公司黑龍江華潤酒精有限公(cH1O3)+nHo-→nCH1O司4家燃料生物乙醇生產(chǎn)企業(yè),基礎產(chǎn)能132萬(wàn)纖維素的酶水解以纖維素酶為催化劑,其由a。根據國家“可再生能源中長(cháng)期發(fā)展規劃”我C1和C組成。纖維素先被C1降解為低分子化合國非糧燃料生物乙醇產(chǎn)量在2010年將達200萬(wàn)物再由C,的幾種酶作用成為纖維二糖,最后再ta,在2020年將達1000萬(wàn)ta由β-葡萄糖苷酶水解為葡萄糖。41糧制生物乙醇由于纖維素性質(zhì)穩定,酸或酶水解速率,糖我國已建成的四家燃料生物乙醇企業(yè)主要得率低,利用難度較大以玉米為原料,其玉米耗量占全國玉米總產(chǎn)量2.2乙醇發(fā)酵243%(2006年數據,玉米產(chǎn)量147億ta,生物乙醇發(fā)酵是在酵母菌存在下發(fā)生的。乙醇發(fā)乙醇玉米單耗35tt,乙醇產(chǎn)量102萬(wàn)ta,則酵是厭氧母菌在厭氧條件下發(fā)酵己糖形成乙醇,35×10214700243%)。美國燃料生物乙醇玉反應過(guò)程由大量酶催化來(lái)完成。其反應過(guò)程分為米耗量占玉米總產(chǎn)量6%。兩個(gè)階段近年我國玉米價(jià)格走高,20062007年黑第1階段—糖經(jīng)糖酵解(EMP途徑)分解龍江玉米價(jià)格由1300元/t增至1540元幾,同為丙酮酸(EMP途徑也可由其它方式完成);期吉林玉米價(jià)格由1270元增至1460元/t。第2階段——在無(wú)氧條件下,丙酮酸由脫羧美國是世界玉米出口大國,2006年期貨玉米價(jià)酶催化成乙醛和二氧化碳,乙醛進(jìn)一步還原為乙格漲幅為50%,2007年3月又比上年同期增長(cháng)醇。58%。為緩解玉米價(jià)格增長(cháng)勢頭,巴西大量采用CH1O4-→2C2HOH+2CO2+能量甘蔗為生物乙醇原料,美國也在2007年增加玉反應的副產(chǎn)物為甘油、有機酸(琥珀酸)雜米種植面積15%但這些仍未能抑制住玉米價(jià)格醇油(高級醇)、醛類(lèi)、酯類(lèi)等。的漲勢。作為糧食凈進(jìn)口國,我國剛推行燃料乙葡萄糖制乙醇的理論產(chǎn)率為:180g葡萄糖醇時(shí)主要用于消化陳化玉米、小麥等糧食。糧食可產(chǎn)乙醇92g,收率511%安全決定了發(fā)展生物乙醇應遵循‘不與人爭糧、3生物乙醇的生產(chǎn)工藝不與糧爭地’原則,因而從2006年起,國家停止新批玉米燃料乙醇企業(yè),并大力鼓勵發(fā)展非糧食(1)淀粉質(zhì)原料乙醇發(fā)酵工藝作物為原料開(kāi)發(fā)燃料乙醇原料處理→蒸料→糖化曲制備→糖化→酵4.2非糧生物乙醇母制備→乙醇發(fā)酵→蒸餾→→產(chǎn)品。據悉我國可用于石油替代的非糧生物質(zhì)原2)糖質(zhì)原料乙醇發(fā)酵工藝(糖蜜乙醇)料有兩類(lèi),一類(lèi)是現即可用的薯類(lèi)、甜高粱、甘前處理→酵母制備→乙醇發(fā)酵→蒸餾蔗、木本作物和畜禽糞便及農產(chǎn)品加工產(chǎn)生的有機廢水魔糖密:另一是尚待技術(shù)突破后(3)纖維素原料乙醇發(fā)酵工藝方能中國煤化工林業(yè)剩余物和有水解發(fā)酵兩步法同時(shí)糖化發(fā)酵法(一步能源CNMH這兩類(lèi)原料的法)、固定化細胞發(fā)酵法等。年產(chǎn)燃料乙醇潛力分別為152億t和2.08億t,當代化工第38卷第2期二者可替代石油2.7億t,比現在進(jìn)口量還要產(chǎn),2008年4月15日向全區境內封閉銷(xiāo)售、使多。我國目前有關(guān)甜高梁與薯類(lèi)原料制取燃料生用10%燃料乙醇汽油,燃料乙醇均以非糧原料物乙醇的研發(fā)工作幅度較大。木薯制造,廣西成為我國第一個(gè)使用非糧乙醇汽421甜高梁秸桿原料制生物乙醇油的省區。以木質(zhì)纖維素為原料制造燃料生物乙醇是2008年4月,國家發(fā)改委透露,湖北、江西我國當前技術(shù)開(kāi)發(fā)的焦點(diǎn)。河北、江蘇、重慶5省市生物燃料乙醇專(zhuān)項規劃2005年,中國石油與山東省合作在山東濱已完成評估提交了專(zhuān)題報告。評估認為利用薯州市陽(yáng)信縣建成3000ta燃料乙醇中試工廠(chǎng),原類(lèi)作為原料生產(chǎn)燃料乙醇具經(jīng)濟性,建議在5省料為甜高梁莖桿。市優(yōu)先推進(jìn)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2006年6月山東省科技廳認定“甜高梁莖2008年末,中石化荊門(mén)分公司與湖北金龍桿生物水解發(fā)酵蒸餾一步法制取燃料乙醇系統”泉集團公司合股投資15億元(前期),新建年產(chǎn)技術(shù)在國內領(lǐng)先。10萬(wàn)t燃料乙醇項目環(huán)境影響評價(jià)報告書(shū)獲國陽(yáng)信乙醇中試廠(chǎng)新建300m3連續固體粗蒸家環(huán)保部批準。該項目采用鮮紅薯和薯干為主餾系統使固體發(fā)酵、渣料直接利用成為可能。固要原料,年產(chǎn)燃料乙醇10萬(wàn)t肥料72萬(wàn)t和體發(fā)酵甜高梁莖桿含糖量14%2006年,濱州市液體二氧化碳5萬(wàn)to陽(yáng)信縣高梁種植面積已達296萬(wàn)畝4.23果皮下腳料制生物乙醇2006年8月,“秸桿酶解發(fā)酵乙醇新技術(shù)及據1/8-2007《中國化工報》載,美國FPL能其產(chǎn)業(yè)化示范工程”在山東省東平縣通過(guò)中科院源公司利用柑桔皮制乙醇,產(chǎn)量12萬(wàn)ta(400組織的專(zhuān)家鑒定。該示范工程產(chǎn)能為燃料乙醇萬(wàn)加侖a)。3000ta,由山東澤生生物科技有限公司與中科42.4合成氣酶催化制乙醇院過(guò)程工程研究所共同開(kāi)發(fā),項目首創(chuàng )秸桿無(wú)污2000年美國化學(xué)工程師年會(huì )發(fā)表成果表染汽爆技術(shù),并建成110m3固態(tài)菌種發(fā)酵反應明,美國俄克拉何馬州立大學(xué)研究利用厭氧菌種器,形成了工業(yè)生產(chǎn)工藝體系。(新棱菌)將合成氣(CO、CO2、H2)轉化成液體乙2006年8月28日,河南天冠集團3000ta醇、丁醇和醋酸酯,由CO生產(chǎn)乙醇的產(chǎn)量是生纖維乙醇項目在河南省鎮平開(kāi)發(fā)區奠基。該項采產(chǎn)丁醇和醋酸酯的9倍隨著(zhù)在COCO2原料中用新型酒精發(fā)酵設備,使原料轉化率大于18%,添加H2,還可提高乙醇的收率。眾所周知除石乙醇的秸桿單耗6t,項目投資5100萬(wàn)元。油氧化、煤氣化可制取合成氣之外,植物秸桿廢2007年9月28日,中國石油吉林燃料乙醇棄物發(fā)酵也是合成氣的重要來(lái)源之有限公司,在江蘇省鹽城地區東臺市啟動(dòng)30002000年謝弗隆研究和技術(shù)公司與 Maxygenta甜高梁莖桿制乙醇示范項目,投資6500萬(wàn)元。公司開(kāi)展了甲烷生物轉化為甲醇的研究工作,也取中糧生化能源肇東有限公司在500ta秸桿得了成果。甲烷也可作為車(chē)用燃料組份得到應用。乙醇裝置的基礎上,擬建10000ta裝置,采用干4,25生物乙醇原料增產(chǎn)研究燥液化制糖發(fā)酵工藝,催化劑進(jìn)口,單耗65t秸科技部和山東省科技廳共建的國家科技支桿∧乙醇。撐計劃重大研究專(zhuān)項“超級玉米新品種選育與產(chǎn)2008年5月8日,河南天冠集團靠自主知業(yè)化開(kāi)發(fā)”,于2008年4月19日在山東濟南市識產(chǎn)權建成的1萬(wàn)t纖維乙醇一期產(chǎn)業(yè)化示范啟動(dòng)。超級玉米指標:畝產(chǎn)1000kg以上(1畝以項目,已順利產(chǎn)出第一批合格產(chǎn)品,成為目前全上小面積高產(chǎn));質(zhì)量國標二級以上;適于不同玉國最大的纖維乙醇生產(chǎn)線(xiàn)米生態(tài)區種植;抗多種病蟲(chóng)害和多種不利生態(tài)因42.2薯類(lèi)原料制牛物乙醇子;易制種(種子產(chǎn)量500kg畝以上)。估計每畝木薯、甘薯等薯類(lèi)原料提煉生物乙醇是較為增產(chǎn)成熟的技術(shù),可以成為發(fā)展非糧生物乙醇的首選42.6中國煤化工z途徑。CNMH〔為原料,發(fā)酵2007年末,廣西20萬(wàn)ta木薯燃料乙醇投液中乙醇濃度很低(在10%以下),一般采用精009年4月龔德詞:生物乙醇的生產(chǎn)與發(fā)展181餾-共沸精餾、精餾-分子篩脫水等傳統工藝醇產(chǎn)量達到360億加侖。而由于原料的限制,玉進(jìn)行提濃能耗較高,見(jiàn)表1。撫順石油化工研究米乙醇的產(chǎn)量最多為150億加侖。至少有210億院應用超聲技術(shù),建成乙醇超聲提濃裝置,在室加侖為其他原料乙醇,其中將有160億來(lái)自纖維溫、常壓、超聲頻率1.8MHz條件下,經(jīng)過(guò)兩級超素。聲提濃,可將乙醇濃度由10%提高到45%日本2007年2月,美國能源部宣布在今后4年超聲釀酒( Ultrasound Brewery)公司認為乙醇超內為6座生物煉油廠(chǎng)項目投資3.85億美元,并聲提濃較精餾提濃節省能源10%以上。將投資3380萬(wàn)美元支持開(kāi)發(fā)商業(yè)化可行的酶用于生產(chǎn)纖維素乙醇。衰1非糧生物乙醇的原料單耗對比不僅在美國在歐洲加拿大等發(fā)達國家纖維Table 1 Comparison of raw materials unit consumption of素乙醇的產(chǎn)業(yè)化研究工作也正在進(jìn)行。截至2008non grain bio-ethanol玉米甘蕃蜜糖木甘蔗玉米高梁年8月,全球有超過(guò)40個(gè)纖維素乙醇示范項目秸桿秸桿第二代生物燃料技術(shù)邁向商業(yè)化步伐加速。單耗/(tt)3.3223717656按照《可再生能源中長(cháng)期發(fā)展規劃》,到2010年,中國將增加非糧原料燃料乙醇年利用5發(fā)展趨勢量200萬(wàn)t,總利用量為300萬(wàn)t到2020年,生以木質(zhì)纖維素為原料生產(chǎn)生物乙醇成為當物燃料乙醇年利用量將達到1000萬(wàn)to前技術(shù)開(kāi)發(fā)的焦點(diǎn)。木質(zhì)纖維素是地球上最豐富參考文獻的可再生資源,可以來(lái)源于農業(yè)廢棄物(如麥草韋革宏,楊祥,發(fā)酵工程M],北京科學(xué)出版社,2008玉米秸稈和玉米芯等)工業(yè)廢棄物(如制漿和造以蔡濟泉.荊門(mén)石化10萬(wàn)t燃料乙醇項目獲批(EBOL]紙廠(chǎng)的纖維渣)林業(yè)廢棄物和城市廢棄物(如廢http://www.newenergy.orgcn/html/0091/190924635.html紙、包裝紙等),由木質(zhì)纖維素生物轉化成的燃料乙醇越來(lái)越引起世界各國的廣泛關(guān)注。[3]朱婭瓊.二代生物燃料乙醇競賽提速[EBOL].htp:∥美國2007年《能源法案》要求到2020年乙finance.sina. com. cn/chanjing/b/20081212/18015629675 shtml2008-12-12Production and development of Bio-ethanolGONG De-cithwest Chemicals Marketing Company, Sichuan Chengdu 610015, China)Abstract: The production principle and technologies of bio-ethanol were introduced. The development trend ofbio-ethanol was analyzed. Some suggestions and proposals for the development of bio-ethanol in China were putKey words: Bio-ethanol; Cellulose: Production; Development(上接第157頁(yè))Design and Analysis of Sour Water Tank With Nitrogen Protectionfor Preventing Self-ignition of Iron SulfiteLIU Zhong-sheng, WANG You-hua, DAI Jin-ling(Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001, China)Abstract Based on composition of gas in the top of Sour water tar中國煤化工 and allowedmaximum oxygen content were determined. The mechanism of eCNMHGotection andthe design of nitrogen protection system were discussed.Key words: Sour water tank; Self-ignition of iron sulfite; Nitrogen protection