秸秆生物转化燃料乙醇关键技术及生产-陈洪章
生物质产业关键技术突破与产业前景_陈洪章
第4卷 第3期 工程研究——跨学科视野中的工程4 (3): 237-2442012年9月JOURNAL OF ENGINEERING STUDIESSep., 2012收稿日期: 2012−07−12; 修回日期: 2012−07−28基金项目:国家重点基础研究发展计划“973”课题(2011CB707401), 国家高新技术研究计划“863”课题(SS2012AA022502),国家“十二五”支撑计划项目(No. 2011BAD22B02)作者简介:陈洪章(1961−), 男, 研究员, 博士生导师, 研究方向为纤维素生物技术。
E-mail: hzchen@ DOI: 10.3724/SP.J.1224.2012.00237生物质产业关键技术突破与产业前景陈洪章，马力通(中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室，北京 100190)摘 要: 发展生物质产业，要求生物质成为生物化学工程领域的通用工业原料，应该将原料结构、过程转化和产品特点三者有机联系，开发使生物质原料选择性结构拆分和定向转化的炼制技术，不仅获得产品，还实现最低能耗、最佳效率、最大价值的清洁转化。
分析了生物质产业的资源状况、产业前景和目前面临的困境，提出突破关键技术制约进而解决技术经济问题是实现生物质产业化的根本途径。
在分层多级定向转化的炼制思路下，依托生物质产业关键技术的突破及过程集成，走原料与产品多元化的道路，生物质产业发展的春天已经来临。
关键词: 生物质；生物质产业；生物能源；关键技术；前景中图分类号: Q059 文献标识码: A 文章编号: 1674-4969(2012)03-0237-08生物质产业以作物秸秆、畜禽粪便、有机垃圾等农林废弃物和环境污染物为原料，使之无害化和资源化，将植物蓄存的太阳能与物质资源深度开发和循环利用，堪称循环经济之典范。
大力发展以生物质能为主的低碳生物质产业，部分替代和节约化石能源，有利于改善能源结构，减少二氧化碳排放，缓解和应对全球气候变化[1]。
秸秆热解液化制备生物油技术
2006年6月2006,28(2):228—232中国油料作物学报Chinese j ournal of oil cr op sciences秸秆热解液化制备生物油技术杨 湄,刘昌盛,黄凤洪3,王江薇(中国农业科学院油料作物研究所,湖北武汉430062)摘要:介绍了秸秆快速热解液化技术及其动力学研究现状、生物油的性质与精制,提出了秸秆快速热解液化技术存在主要问题及未来研究目标和建议。
关键词:秸秆;热解液化;生物油;动力学中图分类号:S216.2 文献标志码:A 文章编号:1007—9084(2006)02—0228—05 石油短缺和能源结构不合理是我国的基本国情,经济的快速增长也决定我国能源消费将不断增长。
面对能源紧缺特别是液体燃料的严重短缺和巨大消耗、石化能源消耗带来环境污染的多重压力,提高我国能源安全水平、缓解生态环境污染迫在眉睫。
解决能源安全和环境污染问题,一方面要节约能源,减少能源消耗,但最根本的是寻求和开发来源充足、供应安全、环境友好的替代能源。
生物质能是以生物质为载体的能量,是一种可再生、资源丰富且相对较利于环保的能源[1]。
农作物秸秆主要包括粮食作物、油料作物、棉花、麻类和糖料作物等5大类[2],是生物质资源最重要的来源之一。
据统计,我国各种农作物秸秆年产量约6亿吨,占世界作物秸秆总产量的20%～30%[3]。
近几年,随着我国农村经济发展和农民收入增加,农村居民用能结构正在发生着明显的变化,煤、油、气、电等商品能源得到越来越普遍的应用[4]。
秸秆的大量剩余,导致了一系列的环境和社会问题,每到夏秋两季,“村村点火,处处冒烟”的现象十分普遍。
据调查,目前我国秸秆利用率约为33%,其中经过技术处理后利用的仅约占2.6%[5]。
秸秆就地焚烧不仅造成大量资源和能源浪费,环境污染也不容忽视。
因此,开展秸秆的能源高效转化利用技术研究和能源产品开发成为亟待解决的农业、能源和环境问题,对保障国家能源安全、国民经济可持续发展和保护环境具有重要意义。
玉米秸秆为原料燃料乙醇制备的关键问题研究
玉米秸秆为原料燃料乙醇制备的关键问题研究一、本文概述Overview of this article随着全球能源需求的日益增长和化石燃料的日益枯竭，寻找可再生、环保的替代能源已成为科研和工业领域的重点。
乙醇作为一种清洁、高效的能源，具有广泛的应用前景，尤其在生物燃料领域。
玉米秸秆，作为一种农业废弃物，具有来源广泛、可再生、可降解等优点，因此，以其为原料制备燃料乙醇具有重要的实践意义和理论价值。
With the increasing global energy demand and the depletion of fossil fuels, finding renewable and environmentally friendly alternative energy sources has become a focus in scientific research and industrial fields. Ethanol, as a clean and efficient energy source, has broad application prospects, especially in the field of biofuels. Corn stover, as an agricultural waste, has advantages such as wide sources, renewability, and biodegradability. Therefore, using it as a raw material to prepare fuel ethanol has important practical significance and theoretical value.本文旨在探讨以玉米秸秆为原料制备燃料乙醇的关键问题，包括原料的预处理、酶解过程优化、乙醇发酵工艺改进以及产物的提纯和精制等。
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。
研发秸杆乙醇技术才是生物质燃料乙醇的根本出路
研发秸杆乙醇技术才是生物质燃料乙醇的根本出路
佚名
【期刊名称】《精细化工》
【年(卷),期】2007(24)6
【摘要】虽然现阶段粮食仍然是生产燃料乙醇的重要原料，但与民争粮不适合我国国情。
“十一五”期间，国家将继续实行生物燃料乙醇项目核准制，其建设项目必须经国家投资主管部门核准，违规审批的、擅自开工建设的，不享受燃料乙醇财政税收优惠政策。
发展非粮作物乙醇仍要与粮争地，中国粮食不能承受“能源化”之重，为解决13亿人口吃饭问题，我们的土地已经筋疲力尽。
研发秸杆乙醇技术才是根本出路。
【总页数】1页(P534-534)
【关键词】燃料乙醇;生物质;技术;秸杆;研发;税收优惠政策;“十一五”;主管部门【正文语种】中文
【中图分类】TQ223.122
【相关文献】
1.秸秆生产燃料乙醇技术在我国已获突破/中科院研发甜高粱燃料乙醇获得实质性进展 [J],
2.微藻生物质生产燃料乙醇技术进展 [J], 王鹏翔;廖莎;师文静;孙启梅
3.秸秆制燃料乙醇技术国内研发、中试现状及其产业化讨论 [J], 卢暄
4.上海联手美国研发甜芦粟提燃料乙醇技术 [J],
5.惠生与天津大学合作成立“天津大学-惠生能源化工联合研发中心”加快合成气制乙醇等新型煤化工技术的研究和产业化进度 [J], Grace
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生物乙醇技术概论
生物乙醇技术概论余迪5090309377摘要：生物乙醇是以生物质为原料生产的可再生能源。
它可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。
汽油掺乙醇有两个作用：一是乙醇辛烷值高达115，可以取代污染环境的含铅添加剂来改善汽油的防爆性能；二是乙醇含氧量高，可以改善燃烧，减少发动机内的碳沉淀和-氧化碳等不完全燃烧污染物排放。
同体积的生物乙醇汽油和汽油相比，燃烧热值低30％左右，但因为只掺入10％，热值减少不显著，而且不需要改造发动机就可以使用。
本篇文章主要是对国内外各类燃料乙醇加工制取工艺进行大致介绍，并分析当今世界生物燃料乙醇生产的发展趋势。
关键词：生物质，燃料乙醇，发酵，工艺，能源。
1.生物乙醇简介生物乙醇是以富含淀粉，糖分的生物质为原料通过发酵和蒸馏提纯制得的乙醇，属于可再生资源。
生物质原料包括玉米，高粱，小麦，大麦，甘蔗，甜菜，土豆等含糖类和淀粉的农作物。
此外城市垃圾，甘蔗渣，小树干，木片碎屑等纤维质原料也可用来生产生物乙醇。
目前生物乙醇主要来自于谷物粮食发酵，该工艺生产技术已经相当成熟，但生产成本较高，且受到粮食安全等社会因素的制约。
生物乙醇最廉价的智取途径是废弃的农作物秸秆发酵。
生物乙醇可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。
汽油掺乙醇有两个作用：一是乙醇辛烷值高达115，可以取代污染环境的含铅添加剂来改善汽油的防爆性能；二是乙醇含氧量高，可以改善燃烧，减少发动机内的碳沉淀和-氧化碳等不完全燃烧污染物排放。
同体积的生物乙醇汽油和汽油相比，燃烧热值低30％左右，但因为只掺入10％，热值减少不显著，而且不需要改造发动机就可以使用。
2. 燃料乙醇燃料乙醇是一种绿色可再生资源，随着科学技术的发展，粮食和各种植物纤维都可以加工生产出燃料乙醇，燃料乙醇的原料来源相当丰富，而且可以循环再生。
燃料乙醇的出现不仅仅减少了对石油资源的依赖，燃料乙醇还可以很大程度的改善汽车尾气污染和提升发动机燃烧效率。
由于乙醇是燃油氧化处理的增氧剂，可以使汽油增加内氧燃烧充分，达到节能和环保目的。
纤维素乙醇生产工艺及应用精品资料
１．２．２同步糖化发酵（ＳＳＦ）
同步糖化和发酵，即在同一个反应容器里，纤维素酶解与葡萄糖的乙醇发酵同时进行，微生物能直接利用酶解产生的糖，这样避免了对纤维素酶的反馈抑制作用，ＳＳＦ是目前生产乙醇最主要的方式，国内外的中试装置上基本都采用此方法，主要代表就是瑞典Ｌｕｎｄ大学，采用木屑为原料，利用工程酵母发酵，其原料转化率可达９０％，提高乙醇产量。在生产过程中，原料在经过预处理之后，加入纤维素酶和酵母共发酵，不能被酶解的木质素则被分离出来，通过再利用提供能量，通过乙醇蒸馏工艺进行回收。
在未来几年，随着中国对石油进口依赖度加深，扩大国内燃料乙醇产能已经成为必需。但是由于粮食生产乙醇的工艺不适合我国采用，因此，纤维素乙醇研究已经成为目前研究工作的重点。纤维素乙醇研究工作涉及物理、生物工程、化学等多个领域，为了早日实现纤维素乙醇产业化，应当提出相应的发展战略，首先，应该制定生物质能源产业的国家和地方的发展战略，政府应采取鼓励政策继续加大科研资金投入；其次，利用己糖发酵菌种的构建及木质纤维原料生物量全利用等方面来提升纤维素乙醇的经济效益：最后，要建立工业示范装置，为纤维素乙醇产业发展提供实践经验。纤维素乙醇作为主要的生物能源，应加快以纤维素乙醇为核心的综合技术的开发，整合多方力量，实现优势互补，使其在我国能源结构转变中发挥重要的作用。
【免费】生物质能源转化技术与应用_生物质的生物转化技术原理与应用
生 物 质 化 学 工 程 B iomass Chem ical Engineering
Vol. 42 No. 4 July 2008
专题讲座
生物质能源转化技术与应用 ( Ⅷ)
———生物质的生物转化技术原理与应用
陈洪章 , 王 岚
(中国科学院 过程工程研究所 生化工程国家重点实验室 , 北京 100190)
图 1 天然纤维素原料的生物质转化的化工产品 [ 2] F ig. 1 Production of chem ica ls from b ioma ss
2 生物质的生物转化技术
淀粉质原料的生物转化技术主要包括淀粉的 糖化 ,微生物发酵和产品的精馏等过程 。淀粉发 酵生产是一种古老的发酵方式 ,随着淀粉酶大规 模工业化生产和现代深层液态发酵技术的进步 , 淀粉发酵的生产效率有了很大提高 。但是淀粉发 酵的原料成本占整个生产成本的 60 % ～70 % , 以农作物发酵生产化工产品在价格上无法与石化 产品相竞争 。面对世界人口的急剧膨胀和粮食短 缺 ,采用粮食发酵生产石化原料也将会受到限制 。 对比淀粉发酵过程 ,利用低成本的木质纤维素原 料进行生物转化的过程比较复杂 ,主要涉及 4 个 步骤 : 1)天然纤维素的预处理 ; 2 )纤维素酶解转
生物质是地球上存在最广泛的物质 ,它包括 所有动物 、植物和微生物以及由这些有生命物质 派生 、排泄和代谢的许多有机质 。生物质能源是 一种可以与环境协调发展的可再生能源 。通过现 代生物质能转化技术可以将生物质转化成各种清
洁燃料 ,替代煤炭 、石油和天然气等矿物能源 。目 前 ,生物质能源的研究与开发技术主要包括物理 转化 、热化学转化和生物转化三大类 [ 1 ] ,其中生 物转化技术主要是以酶法水解和微生物发酵为手 段 ,促进生物质转化的过程 。
生物质高值化关键技术取得突破
生物质高值化关键技术取得突破
无
【期刊名称】《天然产物分离》
【年(卷),期】2006(004)004
【摘要】7月17～19日，由中国科学院高技术局、生物局、资环局组织的专家组对中科院过程工程研究所陈洪章研究员主持的院知识创新工程重要方向性项目——“生物质高值化关键技术研究与产业化示范工程”进行了项目验收，并对与之相关的“3000t／a秸秆发酵生产燃料乙醇示范工程”进行了现场检查。
【总页数】1页(P4)
【作者】无
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TK6
【相关文献】
1.甲壳生物质资源生态高值加工关键技术及其应用 [J], 张群
2.QM4055级高强高模碳纤维制备工艺及装备关键技术取得突破 [J],
3.QM4055级高强高模碳纤维制备工艺及装备关键技术取得突破 [J],
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5.生物质高值化关键技术研究与产业化示范工程通过验收 [J],
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Present status
现状
7 hundred million tons per year in China 年产量7亿吨 Our aim
目标
Industrial materials 工业原料
CO2
3
Effects
Solving the environmental pollution and converting waste straw into useful materials 解决环境污染，变废为宝
秸秆生态生化工程研究进展
Present fractionation problems
目前组份分离存在的问题 Being short of effective pretreatment technique
缺少有效的预处理技术
Aiming at individual component
以单一组份利用为目标
中国能源战略发展的需要
4
Problems with industrialization
产业化过程中的难题
Cellulose 30-49% Ash 0—15%
In theory——feasible to convert
理论上是可行的
Hemicellulose 20-35% lignin 20—30%
水预浸
Cellulose
纤维素
Corresponding conversion system
相应转化系统 Exploiting application fields 拓展应用领域
Food processing Hemp processing Fruit processing
Establishment of ecological industry park of straw
Increasing farmer’s income and solving “SANNONG ” question (Agriculture-Country-Farmers)
增加农民收入，解决“三农”问题
Demands for strategic development of energy in China
秸秆生态生化工程研究进展
Problem in present fermentation technology
现有发酵工艺的问题 Submerged Fermentation
Traditional Solid State Fermentation
Easy to realize Pure culture Good applicability Much waste water produced High energy cost High production cost
Difficult to separate the individual component
单一组分分离困难
Pretreatment cost is high, reaction condition is severe
预处理成本高, 反应条件剧烈
Environmental problems caused by chemical reagents
水浸提汽爆麦草
Equipment for steam explosion
汽爆设备
12
Application of Ionic liquid in straw fractionation
离子液体在秸秆组份分离中的应用
OWS TOWS S-EWS TS-EWS WSP TWSP
120
Rate of enzyme hydrolysis (%)
化学试剂带来环境问题
8
Strategic considerations of fractioation
组份分离的策略考虑
Cellulose 38% hemicellulose 32% lignin 17% ash 13% cellulose 50% hemicellulose 26% lignin 24%
产业化
5
Strategies to solve the problems
解决问题的策略
Two key techniques
两个关键技术
New ideas of fractionation of straw
秸秆组份分离新思想
New-type solid state fermentation style
Component separation Problems of engineering science (technical economy)
工程科学问题 组分分离
Multilevel utilization
多级利用
Systematic integration
系统集成
Industrialization
组分分离的技术路线
Fractionation system Steam explosion without pollution
无污染汽爆
Water extraction
水提
Hemicellulose
半纤维素 组分分离体系
Ethanol extraction
乙醇提取
Lignin
木质素
Straw immersed in water
fermentation 固相酶解-液相发酵生产燃料乙醇
● Development of ecological industry of straw 秸秆生态生化工程研究进展
Introduction
Waste , animal feed and paper production
废弃物，饲料和 造纸材料
Achievements and cooperation
Owning 12 items of Chinese patent
获12项中国专利
14
CONTENTS 内容
Backgrounds for industrial utilization of straw
秸秆产业化应用的背景
New technology of fractionation of straw
Based on the difference in component and structure between straw and lumber
基于秸秆与木材组分、结构的不同
Develop a new technology
建立新工艺
9
Technical path of fractionation
Periodic time of pressure pulsation
Difficult to realize pure culture limited fermentation systems Little waste water produced Low energy cost Low costs of production
16
Strategic considerations of fermentation technology
秸秆组分分离新技术
New solid state fermentation (SSF) system for cellulase production 新型固态发酵纤维素酶体系
Fuel ethanol production by solid-state hydrolysis and liquid fermentation 固相酶解-液相发酵生产燃料乙醇 Development of ecological industry of straw
CONTENTS 内容
Backgrounds for industrial utilization of straw
秸秆产业化应用的背景
New technology of fractionation of straw
秸秆组分分离新技术 New solid state fermentation (SSF) system for cellulase production 新型固态发酵纤维素酶体系 Fuel ethanol production by solid-state hydrolysis and liquid fermentation 固相酶解-液相发酵生产燃料乙醇 Development of ecological industry of straw
Structural diagram of new SSF 结构示意图
Relative pressure(%)
internal circulation rate（m/s）
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
100
50
1
0 0
2
3
4
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Fermentation time(h)
新型固态发酵发式
Integration of multi-techniques
多技术整合
Breakthroughs in both areas
Full utilization of
Formation of ecological industry of straw 生态工业
100 80 60 40 20 20 30 40 50 60 70
80
Enzyme hydrolysis time (h)
Fig.2 Enzymatic hydrolysis rates of sufficiently washed treated materials
图 充分水洗经处理材料的酶解率 OWS: original wheat straw (原小麦秸) ; TOWS: treated original wheat straw (处理的原小麦秸); SEWS: steam exploded wheat straw (汽爆小麦秸); TS-EWS: treated steam exploded wheat straw (经处 13 理的汽爆小麦秸); WSP: wheat straw pulp (小麦秸浆); TWSP: treated wheat straw pulp (经处理的小麦秸浆)