燃料乙醇生产技术
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。
利用木质纤维素生产燃料乙醇
利用木质纤维素生产燃料乙醇前言经济社会的发展以能源为重要动力，经济越发展，能源消耗越多。
到2059年，也就是世界上第一口油井开钻200周年之际，世界石油资源大概所剩无几。
而生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。
据估计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍；而作为能源的利用量还不到其总量的1%。
专家预测，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。
然而燃料乙醇的生产如均以糖类或粮食为原料，其产量受到粮食资源的限制，难以长期满足能源需求。
从长远考虑必须进行科技创新，扩大原料来源。
含木质纤维素的生物质废弃物是生产燃料乙醇的另一原料来源，它包括农作物秸秆、林业加工废料、甘蔗渣及城市垃圾中所含的废弃生物质等。
国内外专家对木质纤维素原料转化为乙醇燃料进行了大量的研究。
一．木质纤维素发酵生产乙醇的原理木质纤维素转化为乙醇的步骤主要分为两步：纤维素水解成糖，糖发酵成醇。
由于木质纤维素结构复杂，纤维素、半纤维素不但被木质素包裹，而且半纤维素部分共价和木质素结合，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，以提高水解效率。
表2列出了几种木质纤维素中纤维素、半纤维素和木质素的含量。
表 2 几种典型木质纤维素原料的组成质量分数/％原料纤维素半纤维素木质素玉米秸秆36 28 29小麦秸秆36 28 22稻草37 19 10稻壳36 20 19高粱秸秆32 19 14云杉43 26 29松木44 26 29桦木40 39 21柳木51 29 16杨木51 29 16新闻纸62 16 21图1 植物细胞壁构成示意图所有植物来源的木质纤维素均含有丰富的纤维素、半纤维素和木质素，纤维素和半纤维素可作为乙醇发酵的原料。
图2 木质纤维素发酵生产乙醇的路线纤维素是一种有100--1000个β-D-吡喃型葡萄糖单体以β-1,4-糖苷键连接的直链多糖，多个分子平行紧密排列成丝状不溶性微小纤维。
乙醇的生产及应用研究进展
乙醇的生产及应用研究进展乙醇是具有燃烧完全、效率高、用途广等特点的可再生能源。
本文简要综述了生产乙醇的几种新技术，主要包括以玉米、小麦等为原料的淀粉类技术、以甘蔗、甜菜等为原料的糖蜜类技术及以农、林废弃物等为原料的纤维素类技术；较详细地阐述了乙醇在医药、食物、燃料、饮料、化工等领域的应用研究。
最后，展望了乙醇的应用发展前景。
标签：乙醇生产应用进展面对化学能源短缺以及使用化学燃料导致的大气污染、酸雨、温室效应等一系列环境问题，人类已着手开发用包括核能、风能、太阳能、氢能、生物质能源在内的各种绿色替代能源。
在生物质能源中，作为替代性再生能源之一的乙醇，具有燃烧完全、效率高、无污染等特点，因此具有巨大的发展潜力。
世界重要经济体近30 年来大力发展燃料乙醇，美国、巴西走在世界前列，两国燃料乙醇产量占世界的69%以上。
现阶段我国生产燃料乙醇的原料以玉米为主（占50%以上），其次是薯类（占23%），其余是高粱、小麦、糖蜜等。
乙醇除了做燃料，还有许多其它用处，如：作为有机合成的原料；各种化合物结晶的溶剂；洗涤剂；萃取剂；食用酒精可以勾兑白酒；用作粘合剂；硝基喷漆、清漆、化妆品、油墨、脱漆剂等的溶剂以及农药、医药、橡胶、塑料、人造纤维、洗涤剂等的制造原料；还可以做防冻剂、消毒剂等。
一、乙醇的生产技术1.淀粉类技术—玉米乙醇技术美国具有比较成熟的由玉米制备乙醇的技术，主要有两种传统方法，一是湿法碾磨。
美国约40%的乙醇用湿法碾磨生产。
将玉米浸泡在具有二氧化硫的水中24h至36h，使籽粒能分离（Separate）成为四个组成部分：胚、蛋白质、纤维质和淀粉。
分离反应出现后，淀粉就发酵成乙醇，而剩下的三种组分则作为诸如玉米面筋粉和玉米面筋饲料等副产品出售。
这些都是被看作比较值钱的副产品。
二是干法粉碎。
干法粉碎总共约占美国乙醇生产的70%。
加工随着玉米被精细碾磨并被烧煮开始，淀粉被发酵并转化为乙醇，而玉米的三个不能发酵的部分（蛋白质、纤维质和脂肪）则被运送经过这个过程，并作为一种称作带可溶物的干酒糟（distillers dried grains with solubles）DDGS的饲料产品，在结束时回收。
燃料乙醇技术讲座(二)燃料乙醇的生产方法
燃料乙醇技术讲座(二)燃料乙醇的生产方法燃料乙醇是一种常见的可再生能源，对于减少碳排放和保护环境具有重要意义。
在本文中，我们将为大家介绍燃料乙醇的生产方法。
燃料乙醇通常是由生物质或石油化工原料制成。
目前，生物质燃料乙醇的生产方法是最为成熟和广泛应用的。
生物质燃料乙醇主要由玉米、木薯、甜菜、红甜菜和其他淀粉质和糖类植物材料制成。
其制备方法可分为两种基本类型：一是糖类发酵法，包括口腔清洗(玉米、木薯)、硫酸水解(木薯、搽鼻、红甜菜)、酶解(甜菜)等方法；二是纤维素生物质制乙醇，通过热水预处理、酸碱处理及发酵来提取纤维素中的乙醇。
其中，口腔清洗法是一种最常见的生产方法。
其生产过程包括清洗、磨碎、酸化、发酵和蒸馏。
首先，将玉米或木薯粉末清洗干净，然后磨成细粉。
接下来，将粉末的PH值酸化至4-4.5，使其中的淀粉质和糖类顺利发酵，并在恰当的温度范围内进行发酵反应。
发酵结束后，需要进行蒸馏，以去除杂质和纯化乙醇。
相对于口腔清洗法，硫酸水解法更常用于处理木薯、搽鼻、红甜菜等杂能源原料。
其原理是使用硫酸将木薯中的淀粉水解成葡萄糖，成为发酵过程的葡萄糖溶液。
纤维素生物质制乙醇则是通过三步方法获得乙醇。
第一步是用热水预处理纤维素生物质，使其晶格结构松散，易于生物酶降解。
之后，加入硫酸等酸成分，使木质素溶解，并将纤维素降解。
第三步，进行发酵，利用酵母对糖类成分进行发酵，最终得到乙醇产物。
此方法具有非常重要的应用价值，既能有效利用大量的秸秆、木片等废弃物，同时也为多种产业提供了新的发展方向。
总之，燃料乙醇的生产方法众多，但都可以分为这些基本的类型。
这些技术的持续发展和优化，是燃料乙醇领域不断推进的重要环节。
燃料乙醇作为一种可再生能源，在现代社会中的应用越来越广泛。
在这个过程中，我们需要遵循一些原则和规则，以确保燃料乙醇的生产和使用是可持续和环保的。
在本文中，我们将分析燃料乙醇的相关数据，以了解其市场前景和生产技术性能的基本情况。
燃料乙醇技术讲座(三)燃料乙醇发酵技术
燃料乙醇技术讲座(三)燃料乙醇发酵技术燃料乙醇发酵技术是把利用微生物而产生的乙醇作为能源的过程。
在这个过程中，微生物会将各种转变成糖类的碳水化合物通过发酵转变成乙醇和二氧化碳。
一般而言，燃料乙醇发酵技术是通过酒精发酵把食品作物和作为饲料的粮食的典型氨基酸和糖转化成乙醇而形成的。
燃料乙醇发酵技术的基本过程是什么？- 收集可发酵的质料。
蔗糖、淀粉、纤维素、聚糖等是燃料乙醇发酵的基本原料。
一般可通过淀粉糖化来生产乙醇。
- 淀粉糖化：将淀粉分解成大量葡萄糖。
淀粉糖化后的基础即可用于常规的酿造酒精的方法，因为乙醇只能在物质转换成糖之后才能进行酵母发酵。
- 发酵：将淀粉糖化过程中产生的果糖和葡萄糖通过酒精发酵转化成乙醇。
这个过程不仅会产生乙醇，还可以产生糖醇、小分子的脂肪酸、香精油等。
- 提取乙醇：将发酵得到的乙醇从糟中提取出来，可以通过纯化和脱水过程极大地提高其纯度。
因为乙醇是水性的，所以乙醇往往在蒸馏的时候会与其他水溶液混合在一起，所以过程中需要使用脱水剂来分离乙醇和其他溶质。
- 再生副产品：燃料乙醇发酵后的副产品是一种大约拥有45%的剩余工程。
副产品中含有的酵母和能量还可以进行饲料和垫料的生产。
燃料乙醇发酵技术的应用燃料乙醇可以用于工业用途的能源，其中最常见的是用于代替汽油的清洁燃料。
燃料乙醇与汽油相比没有对环境造成的污染，在燃烧过程中可以减少大量有害物质的排放。
此外，燃料乙醇还可以作为燃气里的替代品。
由于燃气已经成为建筑物和工业设施的常规燃料，使用燃料乙醇替代燃气可以更好地保护环境，减少使用传统燃料所造成的污染。
再者，燃料乙醇不仅可以作为汽油的替代品，还可以作为液化气和天然气的替代品。
由于燃料乙醇原材料的来源可以是农产品和生物质残渣，因此它可以成为一种可再生的能源资源。
燃料乙醇还可以被作为氢气的源头。
氢气已被公认为是一种功能最强，最干净的新能源。
以乙醇为原料制取氢气可以确保成本低廉，同时可以把有害的碳排放降到最低。
现代燃料乙醇生产技术研究I
1.2 计算机控制技术 使用计算机控制技术监控和管理工业生产过 程是现代工业技术的标志。我国近年来开发的应 用计算机流体力学模型优化一体式膜生物反应器，
可以得到既满足微生物生长需要又可以防止膜污 染的最佳供气条件，不仅可 以提高 乙醇生产技术
水平，而且将改善发酵工业技术现状。 我国设备，全面考虑纤维素水解所
燃料乙 醇生产技术区别于酿酒技术的重要特
点就是规模化与低成本的要求。几年来，我国在
家的能源安全，后来更多是出于环境保护的考虑。 然料乙醇产业的发展在完善能源安全体系、减少 原油进口，提高汽车燃油品质，改善大气环境质 量，增加农业收入，增加劳动就业等方面发挥了
重要作用。
我国本世纪初就已经开始了对燃料乙醇的研 发、 生产和使用。2005 年 2 月，全国人大通过
(可再生能源法》 。燃料 乙醇作为再生能源以立法 的形式强制推广使用新型能源。我国对国家批准
其产值在世界市场的份额将达到 1500 亿美元，世 界植物生物质的应用规模在 206 年将超过石油。 0
近年来，为了发展替代能源，应对石油市场 的挑战，世界各国不失时机地制定雄心勃勃的嫉
界储童的2%，按目 前石油年开采量 1.7 亿吨/ 年
计算，到 2030 年我国石油资源就 已趋于枯竭。不 用说子孙后代，可能在我们的有生之年就将面临
70
现代燃料乙醇生产技术研究 ( 1 )
现代燃料乙醇生产技术研究 ( 工)
林秋平
( 福建省环晚保护局总工办，福州 3 00 3 5 0 )
摘 要: 簇抖‘醉以其可再生特点、可替代石油和具备环保功能的特点被选为优 良的替代能 源，得到大家的高度重视。大规模成套生产工艺; 木质纤维素的预处理 ; 现代岌眯技末和发
燃料乙醇的生产进展和应用
燃料乙醇的生产进展和应用摘要：乙醇是我国现今比较新型的一种节能燃料，其在使用过程中不会对环境构成严重的污染，不过在乙醇制备过程中，由于其需求量较大，在制备过程中会涉及到化学工程的使用，这就需要工作人员熟练的掌握化学工程的内容和操作，明确其中的重点事项，以确保燃料乙醇制备的有效性。
讨论了目前其发展趋势和应用，旨在为燃料乙醇生产的产业化、经济化及可持续化发展提供相关的理论依据。
关键词：燃料乙醇；生产技术；应用一、燃料乙醇生产工艺概述燃料乙醇的生产方法主要分为化学法和生物法，化学法主要是乙烯路线和合成气路线，生物法主要是生物质原料通过水解发酵等工艺转化燃料乙醇，也称为生物乙醇。
生物发酵法是目前制取燃料乙醇最主要的方法。
生物乙醇的生产工艺主要取决于所采用的生物质原料，不同生物质原料的乙醇生产工艺不尽相同。
例如，利用含淀粉的生物质材料生产乙醇时，碾磨、液化以及糖化工艺必不可少；利用木质纤维素类生物质生产乙醇时，预处理和水解为常用工艺；而用糖类物质生产乙醇时，碾磨、预处理和糖化工艺步骤就不需要进行。
此外，如果在反应过程混入了有毒物质，还需考虑添加解毒工艺。
二、燃料乙醇生产进展状况按照技术和工艺的发展进程，目前业界一般将燃料乙醇分为以下几类：以玉米、小麦等粮食作物为原料的第 1代粮食乙醇；以木薯、甘蔗、甜高粱茎秆等经济作物为原料的第 1.5代非粮乙醇；以玉米芯、玉米秸秆等纤维素物质为原料的第 2 代纤维素乙醇以及以微藻中碳水化合物为原料的第3代微藻乙醇。
第 1 代和第1.5 代燃料乙醇均属于淀粉基乙醇。
第2 代纤维素乙醇使用纤维素物质为原料，经预处理后通过高转化率的纤维素酶，将原料中的纤维素转化为可发酵的糖类物质，然后经特殊的发酵法制造燃料乙醇，在技术上同粮食乙醇和非粮乙醇存在较大的差别，在原料上也脱离了农作物的范畴，而利用玉米芯、玉米秸秆等农林废弃物，充分发掘生物质资源的价值，目前是燃料乙醇的新兴研究方向，并且已有国内企业规模化量产。
燃料乙醇生产方法
燃料乙醇生产方法
燃料乙醇是一种可再生能源，其生产方法主要包括发酵法和乙醇脱水法。
以下将详细介绍这两种主要的燃料乙醇生产方法：
1. 发酵法生产乙醇
发酵法是利用农林业副产物及野生植物等为原料，通过水解（即糖化）和发酵过程将双糖、多糖转化为单糖，然后进一步转化为乙醇。
这一过程包括原料预处理、蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、废醪处理等步骤。
具体而言，淀粉在微生物的作用下水解为葡萄糖，随后通过发酵生成乙醇。
发酵法采用各种含糖（双糖）、淀粉（多糖）、纤维素（多缩己糖）的农产品，形成成熟的发酵醪液，其中乙醇质量浓度一般为8-10%（w）。
不同原料导致水解产物中乙醇含量差异，如谷物发酵醪液中乙醇的质量分数不高于12%。
为获取高浓度的乙醇，需要通过蒸馏将发酵醪液中的乙醇蒸馏出来。
这一过程产生高浓度的乙醇，同时副产杂醇油及大量酒糟。
2. 乙醇脱水制得燃料乙醇
脱水技术是燃料乙醇生产的关键技术之一。
从普通蒸馏工段出来的乙醇最高质量浓度只能达到95%，要进一步浓缩，需要采用特殊的脱水方法。
这是因为此时，酒精和水形成了恒沸物，难以用普通蒸馏的方法分离开来。
目前制备燃料乙醇的脱水方法主要包括化学反应脱水法、恒沸精馏、萃取精馏、吸附、膜分离、真空蒸馏法、离子交换树脂法等。
这
些方法通过不同的机制和原理，去除乙醇中的多余水分，提高乙醇的浓度，使其符合燃料乙醇的标准。
综合来看，发酵法和乙醇脱水法是燃料乙醇生产的两种关键方法，它们在不同阶段完成乙醇的生成和浓缩，为燃料乙醇产业的发展提供了可行而有效的技术途径。
燃料乙醇技术
第七章生物质燃料乙醇技术生物质可以通过生物转化的方法生产乙醇，每千克乙醇完全燃烧时约能放出30 000k了的热量，所以乙醇是一种优质的液体燃料。
乙醇燃料具有很多优点，它是一种不含硫及灰分的清洁能源，可以直接代替汽油、柴油等石油燃料，作为民用燃烧或内燃机燃料。
事实上，纯乙醇或与汽油混合燃料可作车用燃料，最易工业化，并与现今工业应用及交通设施接轨，是最具发展潜力的石油替代燃料。
第一节乙醇的性质与用途一、乙醇的理化性质乙醇作为动力燃料使用时称为燃料乙醇，分子式为QH50H或CHsCH20H。
它是无色、透明、易流动的液体，嗅之有独特的醇香，口尝有香辣味，刺激性强，容易挥发和燃烧，是一种无污染的燃料。
乙醇与水能以任何比例相混溶，混合时放出一定的热量，混合物总体积缩小。
乙醇蒸气与空气混合能形成爆炸性混合气体，爆炸极限为3．5％～18％(体积分数)。
纯乙醇的相对密度为0．79，沸点78．3oC，凝固点为一130oC，燃点为424oC，高位热值26 780kJ／kg。
根据浓度的高低和含杂质量的多少，把乙醇分为4种类型：(1)高纯度乙醇乙醇浓度≥96.2％，严格中性，不含杂质。
专供国防工业、电子工业和化学试剂用。
(2)精馏乙醇乙醇浓度≥95．5％，纯度合格，杂质含量很少。
供国防工业和化学工业用。
(3)医药乙醇乙醇浓度≥95％，杂质含量较少，主要用于医药和配制饮料酒。
(4)工业乙醇只要求乙醇浓度达到95％，无其他要求。
主要用来稀释油漆，合成橡胶原料和作燃料使用。
这4种类型的乙醇对应国家标准的4个乙醇等级是：(1)一级乙醇相当于精馏乙醇及高纯度乙醇。
(2)二级乙醇介于精馏乙醇与医药乙醇之间。
(3)三级乙醇相当于医药乙醇。
(4)四级乙醇相当于工业乙醇。
根据国家变性燃料乙醇的标准，乙醇含量达到92．1％即可作为燃料，即乙醇含量达到四级标准，但其他理化指标有所不同，如甲醇、硫含量等。
二.乙醇用途①化学工业：是重要的化工产品原料，可用来制造合成橡胶、冰醋酸、乙醚国防工业、聚乙烯、乙二醇、多种酯类和有机酸。
第3讲-燃料乙醇
nzymes (Cellulase & b-Glucosidase)
Plant Biomass
预处理
糖化
发酵
（水解）
ETHANOL
Section of a pine board
Somerville, 2006
3 nm Polymerized glucose
植物细胞壁
燃料
缓慢高成本步骤
“recalcitrance”
燃料乙醇：未加变性剂、可作为燃料用的无水乙醇（无水酒精）。
无水乙醇：原料经发酵、蒸馏、脱水后制得的水含低于0.5%（v/v）的 乙醇。
燃料乙醇与实用酒精有何区别？
对水分和杂醇的要求不同：在食用酒精生产中水和乙醇在蒸馏时产生共 沸，因此食用酒精中最多含有95.5%(m/m)的乙醇，并对杂醇含量进行 控制。而无水乙醇是采用其它方法将水含量脱到0.5%(v/v)以下的乙醇， 对杂醇含量控制不严。
Current
$0.194 $0.168
Mature
$0.083 $0.079
$0.00 Laser and Lynd, 2007
With Coproducts
Corn (dry mill)
With Coproducts
With Coproducts
Cellulosic Biomass
Consolidated Bio-processing, CBP
燃料乙醇为何要控制水分？
如果乙醇汽油与水接触，乙醇和水将从乙醇汽油中分离出来，产生分层， 使乙醇汽油不能正常燃烧。
车用乙醇汽油罐内侵入过多的水分，乙醇将会从汽油中分离出来，造成 相分离。出现这种情况时，油罐上层为组分油和少量的乙醇；下层由大 约20％的水、70％乙醇和10％的组分油组成。
甜高粱制燃料乙醇的原料和工艺
1前言甜高粱[Sorghum bicolor (L.)Mocnch]，是粒用高粱的一个变种，被誉为“生物能源系统中最有力的竞争者”，具有很多优良的特性。
①是目前世界上生物量最高的作物之一，有“高能作物”之称，产量一般为2250～7500kg/hm 2籽粒和(6～7.5)×104kg/hm 2富含糖分的茎秆(茎汁含糖量17%～28%，主要糖分为蔗糖、葡萄糖、果糖)[1]。
②具有较强的抗逆性和广泛的适应性。
相比于其他禾谷类作物，甜高粱更为抗旱、耐涝、耐盐碱、耐高温。
在种植地域方面，甜高粱在热带、亚热带和温带均可种植，尤其是在干旱、半干旱、低洼易涝、盐碱地区，土壤贫瘠的山区和半山区均可种植。
从世界范围看，甜高粱大部分种植在热带半干旱地区、高海拔冷凉山区及盐碱、酸土地区。
我国南从海南岛，北至黑龙江大庆，都有种植，最适宜的生长地域是长江流域和黄河流域。
在生产燃料乙醇方面，甜高粱是竞争力最强的作物，美国、印度、巴西等国都开展了培育和种植甜高粱及其生产燃料乙醇方面的研究与开发，我国也开始了以甜高粱秸秆为原料生产燃料乙醇的技术研究和中试[2]。
原料的可靠供应与高质量保障是企业生死攸关和能否盈利的基本条件。
甜高粱茎汁制燃料乙醇的生产工艺中，茎秆的糖分含量与企业的乙醇产量和经济效益密切相关。
因此，以燃料乙醇为目标产品，从高产、高糖、抗病优良品种选育技术，栽培技术，储藏保鲜技术，加工工艺和综合利用等方面，研究甜高粱的原料工程和生产技术，具有一定的现实意义。
2甜高粱新品种的培育我国的基本国情是“人多地少”，因此，发展燃料乙醇的原则是“不与人争粮，不与粮争地”。
基于此，适合作为燃料乙醇原料的甜高粱品种需要具备以下特点：①适应性强，可在贫瘠、盐碱、干旱地带生长，其开发种植利于保护环境；②分布广泛，可因地制宜，进行广泛种植；③生长快速，通过规模化种植能确保产量。
2.1甜高粱育种的研究方向与难点目前我国高粱杂交种叶片直立性差，多为下披型；植株偏高，株形不理想，耐密性较差；大部分杂交种植株高度在180cm 以上。
燃料乙醇的制备
木薯生淀粉批量发酵酒精：木薯
• 木薯——木薯是世界三大薯类之一，广泛栽培于 热带和亚热带地区。在我国南亚热带地区，木薯 是仅次于水稻、甘薯、甘蔗和玉米的第五大作物。
• 它在作物布局，饲料生产，工业应用等方面具有 重要作用，已成为广泛种植的主要的加工淀粉和 饲料作物。 • 是热带湿地低收入农户的主要食用作物。
• 在 S.cerevisiae 菌中导入木糖异构酶途径 可以获得高乙醇产量， 同样也可导入阿拉 伯糖异构酶途径。 • 戊糖的氧化还原代谢一直是众多工程途径 中的热点。
• 在将来， 随着实验室和中试规模研究的不 断提高， 人们会最大程度的利用木质纤维 素原料中的每个成分，将其转化成不同的 成品，实现原料的充分利用并使产品价值 达到最大化， 达到商业化生产要求。
分离纯化工艺流程图
发酵罐→泵→醪塔→浓缩塔→粗酒精→分子
筛塔A、B→冷凝 ↖ ↗ ↑ 蒸汽 蒸汽
↓ 无水乙醇
木质纤维素乙醇的新进展
• 生物质原料具有很多优点，但由于其韧性 会导致工艺过程复杂并且成本昂贵。通过 构造新纤维素水解酶体系、 改造戊糖发酵 工业中耐受抑制剂的酵母菌株以及结合最 优一体化过程，显著改善了发酵工艺过程。
燃料乙醇的发酵
燃料乙醇
• 是一种被广泛用于运输业的生物燃料。燃料乙醇 由富含糖类物质的农作物酿制产生，可加入汽油 中制成混合燃料。
• 燃料乙醇主要供汽车、摩托车等交通工具使用， 汽油发动机无需做过多改动就可以直接使用燃料 乙醇。当汽油价格较高时，燃料乙醇具有明显的 成本优势。然而，大规模使用燃料乙醇会导致玉 源自、甘蔗等农作物供不应求、价格上升。
木薯燃料乙醇的工艺流程
木薯燃料乙醇的工艺流程
木薯燃料乙醇的生产工艺通常包括以下主要步骤：
1. 制备木薯材料：首先将木薯进行洗涤、切碎和粉碎处理，得到木薯原料。
2. 酶解：将木薯原料进行酶解处理，加入适量水和酶类，通过控制温度和pH 值，使木薯淀粉分解成葡萄糖。
3. 发酵：将酶解后的木薯浆液加入酵母等微生物发酵剂，使葡萄糖发酵生成乙醇。
4. 蒸馏：将发酵产物进行蒸馏处理，得到乙醇和脱水乙醇。
5. 脱水：对蒸馏得到的乙醇进行脱水处理，去除其中的水分，得到更纯净的乙醇产品。
6. 精馏和提纯：对脱水后的乙醇进行精馏和提纯处理，使其达到工业使用标准。
7. 储存和包装：最后将提纯的乙醇产品储存于合适的容器中，进行包装和标识，以便出售或供应。
以上是木薯燃料乙醇的基本生产工艺流程，具体工艺参数和设备配置会根据生产
规模和技术水平而有所不同。
木质纤维素类原料燃料乙醇生产技术进展
木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，据测算年总产量高达1500亿吨，蕴储着巨大的生物质能（6.9×1015千卡）。
我国是一个农业大国，作物秸秆(如稻草、麦秆等)的年产量非常巨大(年产可达7亿吨左右，相当于5亿吨标煤)，据统计，目前的秸秆利用率33%，但经过一定技术处理后利用的仅占2.6%，其余大部分只是作为燃料等直接利用，开发前景非常广阔。
1、木质纤维素的降解技术木质纤维素降解可以采用酸水解和酶水解两条不同的技术路线来实现。
1.1酸水解技术在酸水解工艺中，可以使用盐酸或硫酸，按照使用酸的浓度不同可以进一步分为浓酸水解和稀酸水解。
法国早在1856 年即开始进行了浓硫酸水解法进行乙醇生产，浓酸水解过程为单相水解反应,纤维素在浓酸作用下首先溶解,然后在溶液中进行水解反应。
浓酸能够迅速溶解纤维素,但并不是发生了水解反应。
浓酸处理后成为纤维素糊精,变得易于水解(纤维素经浓酸溶液生成单糖,由于水分不足,浓酸吸收水分,单糖又生成为多糖,但这时的多糖不同于纤维素,它比纤维素易于解) ,但水解在浓酸中进行得很慢,一般是在浓酸处理之后再与酸分离,使用稀酸进行水解。
稀酸水解木质纤维素的技术可谓历史悠久，1898年德国人就尝试以林业生产的废弃物为原料生产乙醇，并建立了工业化规模的装置，每吨生物量可以生产 50 加仑的乙醇。
与浓酸水解的工艺路线相比，稀酸水解需要在比较高的温度下进行，才能使半纤维素和纤维素完全水解。
稀酸水解木质纤维素通常采用二级水解的工艺方案：第一级水解反应器的温度相对第二级来说略低一些，比较容易水解的半纤维素可以降解；第二级反应器主要降解难降解的纤维素，水解后剩余的残渣主要是木质素，水解液中和后送入发酵罐进行发酵。
1.2 酶水解技术同植物纤维酸法水解工艺相比,酶法水解具有反应条件温和、不生成有毒降解产物、糖得率高和设备投资低等优点。
而妨碍木质纤维素资源酶法生物转化技术实用化的主要障碍之一,是纤维素酶的生产效率低、成本较高。
燃料乙醇制备与应用课件
为了种植生产燃料乙醇的原料，如甘蔗、玉米等，需要占用大量土地，这可能导致土地利用变化和生态破坏。
土地利用变化
提高能效
通过改进生产工艺和设备，提高燃料乙醇生产的能效，减少能源消耗和温室气体排放。
开发可再生能源
利用可再生能源如太阳能、风能等替代传统能源，减少对化石燃料的依赖。
优化种植结构
通过优化种植结构，提高原料作物的产量和品质，降低生产成本和对环境的影响。
该方法利用化石燃料或天然气，通过化学合成产生乙醇，具有生产效率高、技术成熟等优点。
详细描述
该化学合成法采用化石燃料或天然气作为原料，通过一系列化学反应合成乙醇。该方法生产效率高，技术成熟，且可以利用现有的石油化工基础设施。同时，该方法可生产高纯度乙醇，满足不同领域的需求。
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CHAPTER
燃料乙醇制备与应用的案例分析
06
该方法利用淀粉质或糖质原料，通过酵母发酵产生乙醇，具有原料来源丰富、生产成本低等优点。
该生物发酵法采用廉价的淀粉质或糖质原料，通过酵母发酵转化为乙醇。该方法生产过程简单，设备投资少，且乙醇产量较高。同时，该方法可以利用废弃物作为原料，减少环境污染。
总结词
燃料乙醇制备与应用课件
燃料乙醇概述燃料乙醇的制备技术燃料乙醇的生产流程燃料乙醇的应用现状与前景燃料乙醇的环境影响与可持续发展燃料乙醇制备与应用的案例分析
contents
目录
CHAPTER
燃料乙醇概述
01
燃料乙醇是一种由生物质发酵产生的可再生能源，可以作为燃料替代石油。
燃料乙醇具有高辛烷值、低污染物排放等特点，是一种清洁、高效的能源。
详细描述
总结词
该方法利用动植物油脂或废弃油脂，通过酯交换反应生成生物柴油，具有可再生、环保等优点。
燃料乙醇生产过程节能技术
燃料乙醇生产过程节能技术摘要：当下燃料乙醇在生产过程中依然会存在能耗高、消耗高等问题，导致乙醇行业可持续发展目标难以实现。
因此在当下燃料乙醇生产过程中需要注重使用节能技术手段，有效控制乙醇行业生产期间的能耗量，提升燃料乙醇生产利用率，实现绿色生产目标。
针对此，本文首先根据燃料乙醇的生产流程，分析燃料乙醇生产环节的能量效益，提出燃料乙醇生产过程中的节能技术，以供参考。
关键词：燃料乙醇；生产；节能技术前言：现阶段生物质能源在我国能源总体系中占有重要地位，但生物质能生产环节也具有高排放、高污染与高能耗特征。
我国具有十分丰富的生物质能，生物质资源的能源转化潜力巨大。
通过在燃料乙醇生产过程中使用节能技术手段，能够从根本上优化燃料乙醇生产工艺流程，不断优化燃料乙醇精馏过程，从根本上提升燃料乙醇生产期间的资源利用率。
1、燃料乙醇生产现状将95％的酒精经分子筛进一步脱水制成燃料乙醇，按照一定比例加入汽油或柴油可以制成为变性燃烧乙醇。
燃烧乙醇是节约石化能源的重要产品，能够有效控制汽车运行期间的能源消耗量[1]。
根据发达国家发展计划，燃料乙醇产量能够以每年5%~10%的速度增长，对保障国家能源安全，增加农业收入以及提供更多就业机会意义重大。
预计到2030年，燃烧乙醇消耗量将相当于汽油的10%~20%。
目前生物燃料乙醇的生产国及消费国为美国及巴西。
随着燃烧乙醇产能及应用范围不断扩大，我国国际市场竞争力也将进一步提升。
生物能源的主要原料为可再生天然植物及副产品，如淀粉类植物、糖类作物、油脂作物等。
当下生物质能的发展方向为高效清洁利用。
由于我国具有丰富的生物质能源，新能源供给与利用面临着重大产业发展机遇，通过及时建立新能源科技创新平台，推动新能源产业技术进步，能够切实提升新能源产业竞争能力，为社会与经济可持续发展提供重要能源保障[2]。
因国际市场原油价格剧烈波动，各国均加大新能源发展力度，如推出了各项激励政策，促进新能源产业发展。
燃料乙醇工艺的化学工程分析
燃料乙醇工艺的化学工程分析燃料乙醇工艺是一种利用生物质材料生产乙醇作为燃料的过程。
乙醇是一种清洁燃料，不含硫、苯等有害物质，而且其燃烧产生二氧化碳比汽油低20%左右，有利于减少环境污染。
因此，燃料乙醇工艺在减少对环境的影响、替代化石燃料、提高能源使用效率等方面发挥着重要的作用。
燃料乙醇的生产过程大致可分为生物质材料处理、糖转化、发酵、分离纯化和乙醇精制等几个步骤。
其中，糖转化和发酵是核心步骤，可以采用不同的工艺实现。
以下主要介绍乙醇工艺的化学工程分析。
1. 糖转化在糖转化过程中，首先需要将生物质材料处理成可被微生物分解的糖类物质。
处理方法有物理破碎、化学水解、生物分解等，其中化学水解方法应用最广泛。
化学水解将木质素和纤维素等生物质材料分解成葡萄糖、木糖和果糖等单糖，以及半纤维素和木质素等低分子糖类。
在水解过程中，需要施加适量的酸、碱或酶等催化剂，催化剂的种类与用量常常影响水解效果。
此外，还需要考虑温度、反应时间、物料输送方式等一系列工艺参数。
化学水解后，得到的糖液需要进行浓缩和净化，以提高糖浓度和减少杂质含量。
浓缩方式有真空蒸发、膜浓缩等，选择不同的浓缩方式需要考虑对原液成分的影响。
净化方式则基本上都采用离子交换或吸附剂等化学方法。
优良的化学净化工艺能有效地提高发酵效率和乙醇纯度。
2. 发酵发酵是利用微生物将糖类物质转化为乙醇、二氧化碳等物质的过程。
常用的微生物有酵母菌、细菌等，其中酵母菌应用最为广泛。
酵母菌在发酵过程中会产生大量的乙醇和二氧化碳，并且这一过程需要施加适当的温度、pH值、氧气气氛等条件。
对于乙醇工艺来说，发酵是影响生产能力和产品质量的重要环节。
优秀的发酵技术需要考虑微生物选择、培养、发酵条件等多个方面因素。
最近发展的集成发酵技术则能够实现同时进行糖转化、发酵和分离纯化等多个步骤，增强了工艺的高效性和可控性。
此种技术常常采用连续式反应器，以提高产品产量及质量，减少废物产出。
3. 分离纯化发酵完毕后，需要对发酵液进行分离，分离出乙醇、二氧化碳等物质，以及杂质。
燃料乙醇生产工艺初步设计
摘要以乙烯为原料，采用直接水合法进行了100kt/a燃料乙醇生产工艺初步设计。
设计内容包括：第一部分阐述了乙醇的性质、用途、国内外应用概况和发展趋势；燃料乙醇的生产方法、生产方案的确定、生产流程的简述以及流程图；第二部分进行了物料衡算和热量衡算，并确定出各设备的出入口物料；第三部分时主要设备的工艺尺寸计算，重点对精馏塔进行了设计；第四部分是辅助设备的计算和选型；最后根据计算结果和设计要求绘制出了物料平衡图、带控制点的工艺流程图以及精馏塔的工艺条件图。
关键词：燃料乙醇；直接水合法；乙烯；工艺设计；精馏塔ABSTRACTThe fuel ethanol manufacturing technique of 100kt/a were designed with the ethylene direct hydration method in this work.Firstly,the design introduced the physical and chemical characters of ethanol,and the do mestic and oversea’s production were inferred .Also,the production method of fuel ethanol were talked,the design scheme and the main operation parameters were selected ,while the process and flow sheet were described briefly.In the second section,the mass balance and heat balance were made and then gotten the final flux of in/out materials.The third part mainly included the fractionating tower design and the calculations in calculations results.In addition ,the appropriate equipments were selected which depending on calculations results above.At last,according to the calculations in chemical engineering technology,mass balance,the technological flow chart with main control point and the fractionating tower column with main technical sizes were drawn.Key word:fuel ethanol;direct hydration method;ethylene;technique design;distillation column第一章前言1乙醇的主要性质与用途1.1 乙醇的物理性质乙醇(ethan)又称酒精，是由C、H、O 3种元素组成的有机化合物，乙醇分子由烃基(-C2H5)和官能团羟基(-OH)两部分构成，分子式为C2H50H，相对分子量为46.07，常温常压下,乙醇是无色透明的液体,具有特殊的芳香味和刺激味、吸湿性很强。
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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。
ABSTRACTBio 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，增加原料的比表面积，是原料与酶接触并发生反应，从而提高水解。
物理法几乎可以适用于所有性质的原料，但要消耗大量的能量，且不能去除木质素。
木质素会阻碍水解过程中纤维素酶与纤维素的接触，并会抑制纤维素酶。
化学法预处理主要借用化学试剂溶出半纤维素和木质纤维以增加酶对纤维素的可及性，以及降低纤维素的聚合度和结晶度。
降低纤维素结晶度的预处理包括使用温和的润涨剂如氢氧化钠、联氨和无水氨，以及强的润涨剂如硫酸、盐酸、铜乙二氨溶液等。
减少原料木质素含量的预处理方法有使用乙醇、甘油和亚乙基二醇等不同的有机溶剂制浆。
总体而言，每一种预处理技术都有各自的优缺点。
2、降解技术与发酵技术木质纤维素降解有酸水解和酶水解两种不同的技术路线。
发酵技术有分步水解和发酵（SHF）、同时水解和发酵（SSF）、直接微生物转化（DMC）三种。
对于SHF，45到50摄氏度酶解，30到35摄氏度乙醇发酵，各步可以在各自的最适温度下进行；缺点是酶解出的糖抑制酶的活性。
SSF主要问题是水解与发酵所需的最佳温度不能匹配，SSF是多相、多酶催化过程，存在微生物的生长。
DMC是将纤维素直接发酵转化为乙醇，既能水解纤维素，又能发酵糖为乙醇。
3、所需酶纤维素酶的来源极为广泛，对纤维素能进行有效降解的生物包括细菌、丝状真菌、放线菌、软体动物、原生动物和昆虫在内的多种生物。
产生纤维素酶的细菌有纤维粘菌和纤维杆菌等，真菌有黑曲霉、根霉、绿色木霉、里氏木霉、康氏木霉、斜卧青霉等，放线菌有玫瑰色放线菌和纤维放线菌等丝状真菌是研究最多的纤维素降解类群。
对纤维素作用较强的菌株多是木霉属、曲霉属和青霉属菌株，一般采用的工业发酵菌种多是这些产酶能力较强的菌种，特别是以作用突出的木霉属菌种居多，目前研究最清楚的是里氏木霉。
另外，酵母也产生纤维素酶。
一般而言，厌氧菌所产酶系较有氧菌丰富，厌氧菌产多酶体系，而有氧菌多产单一酶系4、精馏与脱水技术精馏与脱水可以借鉴淀粉质原料燃料乙醇生产工艺中已经发展成熟的工业化技术。
木质纤维素类原料发酵液中乙醇浓度比较低，一般在5%（V）以下，致使精馏操作能耗高。
有研究者建议，在木质纤维素水解乙醇发酵工艺中耦合渗透蒸发技术来提高进入精馏系统发酵液中乙醇的浓度，但渗透蒸发系统本身的动力消耗也比较大，而且渗透蒸发所用的透醇膜被发酵缪和菌体污染的问题也很突出。
四、小结随着现代生物技术与工程技术的不断发展，发酵工艺及精馏技术得到不断改进，高产菌株的获取也将变得相对容易，燃料乙醇的大规模生产就有了技术保证。
发展燃料乙醇可解决我国及其他国家与地区的石油资源短缺和环境污染等问题，有利于保证世界能源安全和社会的可持续发展。
随着燃料乙醇的研究领域和应用范围不断扩展，燃料乙醇在可再生燃料市场中将占据很重要的地位，发展前景广阔。
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