燃料乙醇生产技术

燃料乙醇生产技术

摘要：

生物乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精。在能源安全问题日益突出、传统化石能源的消耗造成严重环境危害的形势下，生物燃料乙醇已经成为世界各国重点研究和推广的能源课题之一。经过几十年的研究与发展，生物燃料的生产技术发展迅速，而第一代与第二代生物燃料都是以乙醇为主，本文将大致介绍燃料乙醇的生产过程与相应技术。

关键词：生物质，燃料乙醇，原料，发酵，工艺，能源。

ABSTRACT

Bio ethanol is refers through the fermentation of microorganism will be all kinds of biomass into fuel alcohol. On energy security issues have become increasingly prominent, the traditional fossil energy consumption caused serious harm to the environment situation, bio fuel ethanol has become one of the energy issue all over the world focus on the research and promotion of. After decades of research and development, production technology of bio fuel development is rapid, and the first and second generation biofuels are ethanol based, this paper will broadly introduce the production process of fuel ethanol and corresponding technology. Keywords: biomass, fuel ethanol, raw material， fermentation, technics, energy.

一、背景

从1978年一月到2001年1月，世界平均原油价格由每桶13美元到每桶22美元，上涨了69%。而从2001年1月到2006年1月，原油价格

由每桶22美元到每桶55美元，上涨了150%。到2014年每桶原油超过115美元，上涨超过100%。能源需求的不断增长和石油供给的不稳定性加速

了原油价格的不断上涨，而全球的能源消耗却与日俱增。

原油的价格增长加速了工业生物经济这一便宜的、可持续的、环境友好的经济过程的发展，大量综述文献描述了工业生物技术在发挥此作用中

可能扮演的角色。美国、巴西、加拿大、欧盟、中国、日本、印度等各国

为了因对资源危机、减少污染、提高经济效益，相继在风能、太阳能、生

物质能等新能源上投入精力，进行技术研究与发展，国家政策也给予很大

的支持，生物乙醇作为其中之一也受到广泛关注，各国积极研究与发展。

汽车平均消耗1t燃料，所产生的有害物为40—60千克，汽车尾气的污染占所有大气污染源的60%左右。使用10%燃料乙醇的车用乙醇汽油，由于良好的燃烧效率，可使汽车尾气中的CO、碳氢化合物排放量分别下

降30.8%和13.4%，CO2排放减少3.9%。典型的汽油调以10%乙醇（E10），有助于抑制烟雾，而且绝大多数汽车发动机无需作任何改装。

巨大的市场需求，良好的经济效益，友好的环境关系，政府的政策支持……为乙醇技术的开发与研究提供了良好的环境，2000年以来，乙醇

的生产技术已逐渐成熟并取得重大成果。

二、生产原料

（一）生物乙醇的原料

生物乙醇是以粮食为原料的第一代生物燃料。生物乙醇的原料不局限于一种或一类植物，可以用作生产乙醇燃料的植物有很多种，原料广泛，易于寻找，世界各个国家、地区都有相应的原料生产乙醇；在中国，各个

省份、各个城市也都容易寻到生产乙醇的原料。原料虽然种类繁多，但其

效益确是各不相同，有好有坏。

美国生产乙醇的原料主要是玉米，巴西生产乙醇的原料主要是甘蔗，欧盟生产乙醇的原料主要是小麦，其他国家与地区的原料还有木薯、甜菜、甜高粱、稻米等，有些国家不举限于一两种原料，像中国就有木薯、甜菜、甜高粱、某些品种的红薯等几种原料用于生产生物乙醇。

目前，巴西的乙醇生产以甘蔗为原料，生产成本低，每升0.2美元；美国以玉米为原料，乙醇的生产成本为每升0.33美元；欧洲以小麦为原料的乙醇生产成本为每升0.48美元；以甜菜为原料的成本则为每升0.52美元。下表是印度国家糖业管理联合会主席P.J.M.Rao总结的结果，通过此表我们可以大致得出各种农作物生产乙醇的效率。

各种能源作物单位土地面积乙醇产量比较

（二）纤维乙醇的原料

与第一代生物燃料不同，纤维素乙醇是以秸秆、草、和碎木等农业废弃物或非粮作物为主要燃料的第二代生物燃料。

与第一代相比，第二代具有非常大的优势。首先，生产纤维素乙醇的原料不是粮食作物，不会影响人类赖以生存的粮食，容易在如今这个人口众多粮食不足的世界得到支持；第二，秸秆等纤维素类农业废弃物大量存

在，如中国每年农业生产大约7亿吨秸秆，供给量非常充足；第三，纤维

素乙醇的催化酶技术成本呈快速下降趋势，大规模工业生产的可行性非常

强。

另一方面，纤维素乙醇对人类健康的负面影响与汽油或谷物乙醇相比相对较少，仅排放较少的细颗粒物质，温室气体排放也较少。研究发现，根据所用材料和生产技术，纤维素乙醇对环境的影响费用比汽油要少一半，而谷物基乙醇的影响费用比汽油还要大：汽油对环境和健康总的影响费用

约为0.71美元/gal，谷物基乙醇取决于所用技术，为0.72—1.45美元/gal，纤维素乙醇取决于所用技术和所用纤维素原料，为0.19—0.32美元/gal。

三、生产乙醇的技术与过程

生物乙醇的生产技术与过程

以农作物为原料的生物乙醇主要都是用农作物中的淀粉作为基本原料，经过微生物发酵转化为糖，再由糖转化为乙醇。

纤维素乙醇的生产技术与过程

1、原料预处理

通常情况下，预处理被分为生物法预处理、物理法预处理和化学法预处理，或是这些方法相结合的处理等几种类型。

典型的生物法预处理是利用木材降解真菌（软腐菌、褐腐菌、白腐菌）处理来改变木质纤维原料的化学成分。一般来说，软腐菌和褐腐菌主要降

解半纤维素而对木质素的影响很小，白腐菌则能有效降解木质素组分。尽

管在该领域已经作了一定的研究工作，但主要是将其应用于制浆造纸工业

中的生物制浆，而不是将其作为生产生物能源前的预处理。生物与处理的

缺点是，需要严格的控制生长的条件和足量的空间，一般需要10—14个

小时，因此生物法预处理在工业方面没有发展前景。

物理法预处理包括磨碎生物质原料使之形成更小的颗粒，从而有利于后续的酶水解。锤磨与球磨等物理法预处理可以破坏纤维素的结晶度，增