生物质燃料乙醇概述

生物质燃料乙醇
— — 能源植物开发与利用(课程报告)
班级：11级应生B班 姓名：和盛 学号：114120271 日期：2014.5.21
人类有史以来利用能源、开发能源，并逐渐认识到大自然所赐予的可利用非再 生能源资源是相当有限的。随社会的发展和科学技术的进步，寻找可替代的生物可再 生能源已成为人们共同努力的目标。相关专家对世界未来能源结构分析结果见图1020。在21世纪，生物质能源将是人类能源利用的主体之一。对发酵生产与管理的全 过程国家已经制定出洁净生产技术行业规范化标准及相关激励措施。这些对于解决能 源补充问题、保护生态环境、拉动农业及相关产业的发展，无疑将起到重要作用
2.1
谷物发酵途径与工艺
植物纤维质原料发酵生产乙醇工艺
2.2
•
据估计，通过光合作用每年合成的纤维素达到1011 ~1012t，可谓当今人类所拥有的最丰富的可再生能源 物质。能够用以制取乙醇的纤维素原料主要包括：作 物秸秆、森林采伐和木材加工剩余物、龙须草等。其 中作物秸秆是最多、最廉价的乙醇生产原料。由植物 纤维质原料生产乙醇的工艺虽然开发较晚，但因其在 世界范围内拥有巨大的资源优势，近年来规模化生产 技术研究已较为完善，下面予以简单说明。 采用作物 秸秆，即纤维素质原料降解产物转化为乙醇的过程主 要分为3步：将纤维质原料经预处理转化为可发酵的原 料；纤维质降解产物发酵为乙醇；分离提取乙醇及其 副产品。
(3)纤维素纤维素原料是地球上最具潜办、最丰富的乙醇生产原料来源。主要有农作 物秸秆、森林采伐和木材加工剩余物、柴草、造纸厂和制糖厂富含纤维素的下脚料、城 市生活垃圾的一部分等。发酵生产中生物质原料不同，乙醇产量不同，产出比与经济效 益也不相同。
2
燃料乙醇的生产主要途径与工艺
• 燃料乙醇(fuel ethanod是指向汽油或柴油中加入一定 比例的无水乙醇所构成的新型燃料。燃料乙醇的生产与 前述乙醇生产原理及工艺有许多相似之处，与乙醇发酵 工业的主要不同点在于添加了后期的脱水设备和工艺， 最终将得到的无水乙醇在变性过程中，与汽油或柴油按 照一定比例混合而成。 • 现代化的发酵方法生产燃料乙醇，由于原料的不同， 工艺流程也不完全相同，即使用相同的原料，不同企业 使甩的设备及自动化程度也不同。本节将按照发酵乙醇 生产的生物质类型分别进行讨论，并重点讨论淀粉质原 料乙醇发酵途径和工艺。淀粉质原料发酵法生产乙醇的 主要工艺流程如图10-5所示。
1.2
乙醇发酵的原理
• 乙醇生产方法分为两类，即微生物发酵法和化学 合成法。我国乙醇生产以微生物发酵法为主。这 种方法主要以富含淀粉或纤维素的作物等为原料， 通过粉碎、脱胚制浆、液化、糖化、发酵、蒸馏、 脱水，最终获得乙醇。例如玉米发酵生产乙醇的 基本流程如图10--1所示。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
化学合成法
• 化学合成法生产乙醇，主要是利用石油裂解 产出乙烯气体来合成乙醇。主要有乙烯直接 水合法、硫酸吸附法、乙炔法3种工艺流程， 其中乙烯直接水合法工艺应用较多。该方法 以磷酸作为催化剂，在高温高压条件下，乙 烯和水蒸气直接反应生成乙醇。
以植物纤维素为原料生产燃料乙醇的主要工艺流程如图 10-15所示。整个流程与以淀粉质原料生产乙醇主要生 产工艺(图10—1)基本相似，但也具有明显特点。
1 燃料乙醇的概述 1.1乙醇的理化性质 1.2乙醇发酵的原理 1.3乙醇发酵生产的主要原料 2 燃料乙醇的生产主要途径与 工艺 2.1谷物发酵途径与工艺
生物质燃料乙醇
2.2植物纤维质原料发酵生产乙醇 工艺 3发展燃料乙醇的意义 3.1国内外燃料乙醇基本发展状况 3.2燃料乙醇发展与前景展望 思考题 参考文献
1
乙醇能够直接代替汽油、柴油等，既可以用作动力 燃料，也可完全作为民用和工业用燃料，故有燃料 乙醇之称。每千克乙醇燃烧约释放30000kJ的热量， 而且不含硫及灰分，是一种优质的、极具发展潜力 的、可规模化生产的、洁净的新型燃料。
乙醇作为新能源，最大的优势在于其属于可再生能源。目前世 界上利用发酵法生产乙醇的主要原料有谷物、薯类、糖料作物 和植物纤维质原料。谷物中主要原料为玉米等。植物纤维质原 料具有资源优势，更具有开发潜力，被发达国家以及部分发展 中国家用于乙醇的规模化生产。随着石油、煤炭等矿产能源资 源的快速开采和大量消耗，导致不可再生资源快速枯竭，寻找 可再生性能源是人类社会可持续发展的紧迫任务。因此，无论 从可持续发展战略角度或国民经济建设方面考虑，大力发展燃 料乙醇生产都具有重要意义．
(1)淀粉质原料淀粉质原料发酵是我国生产乙醇的主要原料，主要有玉米、小麦、 大高粱、大米、木薯、甘薯、马铃薯等。从栽培、分布、经济等方面考虑，以玉 米、甘薯、马铃薯作为乙醇发酵生物质原料。
(2)糖质原料主要原料有甘蔗、甜菜、糖蜜等。糖蜜是制糖工业的副产品，甜菜制糖 加工过程中糖蜜下脚料将占甜菜质量的3．5％～5．oZ，甘蔗糖蜜则是甘蔗加工制糖 工业过程中的副产品，占甘蔗质量的3．0％左右。
1.1
乙醇的理化性质
乙醇是无色透明液体，具有特殊的芳香和刺激气味；吸湿性强，可与水以任意比例 混合；易挥发、易燃烧，乙醇蒸气与空气能形成爆炸性混合气体，爆炸极限为3．5％～ 18％(体积分数)。 乙醇具有还原性，可被氧化为乙酸；在氧气充足的条件下，通过燃烧可被彻底氧化 为C02和H20。乙醇能使细胞蛋白质变性、凝固，尤以75％(体积分数)乙醇作用最为强 烈。 乙醇浓度高于75％，作用效果反而降低。其主要原因是高浓度乙醇会使细胞表面的 蛋白质变性沉积，迅速凝固并形成一层薄膜，进而阻止乙醇向内部渗透。因此，临床上 常用v5％的乙醇碘溶液作消毒剂。乙醇易被人体肠胃吸收，吸收后迅速氧化分解放出热 量。少量乙醇对于大脑有兴奋作用，过量乙醇则具有麻醉作用，长期大量的乙醇对肝脏 和神经系统有毒害作用。
1.3
乙醇发酵生产的主要原料
• 按照所用原料的不同，可将发酵法生产乙醇分为以下 几种：淀粉原料生产乙醇，糖质原料生产乙醇，纤维素 原料生产乙醇，工厂废液生产乙醇等。相比较而言，用 糖质原料生产乙醇要比使用淀粉质原料和纤维素原料简 单而直接，因为用淀粉和纤维素制取乙醇需要经过水解 糖化：而纤维素水解比淀粉难度大。