新型生物燃料———丁醇的研究进展
新一代生物燃料——生物丁醇
新一代生物燃料——生物丁醇
段金栋（供稿）
【期刊名称】《国内外石油化工快报》
【年(卷),期】2006()5
【摘要】BP公司和DuPont公司正在联合研发、生产并推广新一代的生物燃料——生物丁醇，产品将于2007年底面世。
生物丁醇可从谷物、小麦、甘蔗等多种生物质中制取，草、稻草、麦秆、玉米秆等也有可能成为制取生物丁醇的原材料，目前，两家公司首选甜菜为原料。
丁醇与乙醇相比有更长的碳链，使其具有更高的热值和沸点，但同时也意味着制取丁醇需要更多的能量，其价格因此也相对较高。
生物丁醇与汽油的混合比例高于生物乙醇，有助于发动机的冷起动，但会增加有害排放。
现有的一些基础设施，包括乙醇一汽油混合设备、乙醇存储设备以及乙醇输送设备都可直接利用，无需改动。
【总页数】1页(P30-30)
【作者】段金栋（供稿）
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TQ517
【相关文献】
1.对新一代生物燃料丁醇的概述
2.新一代的生物燃料——丁醇的开发动向
3.新一代生物燃料丁醇的技术研究进展
4.新一代生物燃料正丁醇的发展
5.Syntec生物燃料公司开发生物质生产生物丁醇技术
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生物丁醇
• 生物丁醇的生产原料——淀粉、纤维素 等价格低廉。并且燃烧产物仅为二氧化碳 和水
• 丁醇作为汽油的高辛烷值组份，可提高 点燃式内燃机的抗暴震性，使发动机运行 更平稳。
丁醇的性能
丁醇还是一种重要的平台化合物
酯化、取代、消去、氧化、还原……
丙烯酸丁酯 (溶剂)
2.两步发酵法：在传统的基础上进一步发展了两步法发酵丁醇
第一步： 用厌氧梭菌将糖高温发酵得到丁酸 第二步： 将第一步得到的丁酸发酵生成丁醇。 这一技术使微生物的产酸和产溶剂两个过程分别在两个发酵罐中完成， 有效地降低丁醇的毒性，保证发酵稳定连续的进行。
3.萃取发酵
萃取发酵就是将发酵技术和萃取操作结合，把丁醇从醒液中移去， 不仅解除了底物抑制，也避免了代谢产物的积累对微生物生长的影响。 早在1992 年，浙江大学杨立荣等人选用油醇为萃取剂，利用间歇萃发 酵方式，使丁醇的产量大幅增加，此方法后来被广泛使用。史仲平等人 以生物柴油为萃取剂，使得丁醇萃取发酵中的总溶剂产量比传统分批发 酵中的产量提高54.88％
• 2006 年,英国政府计划利用英格兰东部的甜菜生产生物丁醇,将其与传 统汽油混合后,用作车辆驱动燃料。2007 年2 月,英国投资25 万英镑,其 他股东和商业人士投资31 万英镑,计划开发新一代低成本生物燃料——— 丁醇
我国生物丁醇研究进展
我国始于1956年，80年代初50余家，1996年最后一家(华北制 药)停产。
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代燃料！
生物丁醇是一种极具潜力的新型生物燃料
96ห้องสมุดไป่ตู้
汽油 丁醇
热值
Btu/gallon
生物丁醇研究报告
生物丁醇研究报告
生物丁醇是一种可再生的、清洁的生物燃料，它被广泛认为是未
来替代传统石油燃料的重要选择之一。
随着全球对可再生能源需求的
不断增加，研究生物丁醇的技术和产业化水平也在不断提高，生物丁
醇的应用前景也越来越广阔。
生物丁醇是由生物发酵过程中产生的化合物，主要来源于植物、
微生物和生物废弃物等。
与传统石油燃料相比，生物丁醇具有许多优点，如基于可再生能源，能够减少二氧化碳的排放，使得大气环境更
加干净和健康；生物丁醇可以和传统汽油进行混合使用，可以适用于
已有的汽车发动机，无需改变发动机结构，对环境影响小，并且生产
成本相对较低，减少了对石化燃料的依赖。
生物丁醇的生产技术主要有两种：一种是通过微生物发酵技术生产，另一种是通过生物质转化技术生产。
微生物发酵是将含糖的生物
物质，如玉米、甜菜、木薯等，在微生物的作用下发酵成产生生物丁醇。
生物质转化技术是将各种生物质材料通过热化学方法分解，制备
出所需的生物丁醇。
生物丁醇的应用领域和应用范围都非常广，主要应用在汽车、飞机、船舶和发电站等领域，实现了从生产到消费的生态循环。
在未来，生物丁醇的进一步推广和应用将对环境保护和能源安全产生积极的影响，也将成为推动汽车、航空航天等重要产业创新发展的重要动力。
总之，生物丁醇作为一种可再生、清洁的燃料，其应用前景广阔，技术和产业化水平不断提高，生产成本持续下降，将为我们的生产生
活带来更多的便利和环保。
未来，随着技术的不断发展和的支持，相
信生物丁醇将在产业发展和环境保护中发挥更为重要的作用。
丁醇作为车用替代燃料的研究进展
Abstract： In this paper，the preparation methods of butanol，the compatibility of butanol and fluoroelastomer， and the advantages of butanol as vehicle alternative fuels are briefly introduced first． Afterwards，the current research progress of butanol as engine fuels in spark ignition and compression ignition modes are discussed in detail，focusing on the combustion processes and emissions performance of conventional and advanced engine combustion modes when pure butanol or butanol / petroleum fuels blends are used． Finally，the future research direction of butanol as alternative vehicle fuels is pointed out． Keywords： Butanol，Engine，Combustion，Emissions
新型生物能源丁醇的研究进展和市场现状
新型生物能源丁醇的研究进展和市场现状苏会波;李凡;彭超;林海龙【摘要】This paper summarized and analyzed the physical and chemical properties, application fields, and domestic and foreign markets status, manufacturing technology and limiting factors of biobutanol. To promote the sustainable development of biobutanol industry, several proposals about technological improvement and development direction were made. They included improvoment of strains, increase of butanol tolerance and production ratio; development of efficient fermentation technology and separation technology with low energy consumption;expansion of raw material, and development of new production technology of cellulosic butanol, ect.%对生物丁醇的理化性质和应用领域、国内外市场现状、生产技术现状和发展限制因素进行了总结分析，并提出了改良菌种，提高丁醇耐受性和产丁醇比例；开发高效的发酵工艺；开发高效低能耗的分离工艺；拓展原料品种，开发纤维素丁醇生产工艺等技术改进和发展方向的建议，以期能促进生物丁醇行业的产业化和可持续发展。
新型能源生物丁醇 (2)
生物酶法
利用酶催化反应将淀粉、 纤维素等物质转化为生物 丁醇。
合成气发酵法
将合成气（一氧化碳和氢 气的混合物）通过微生物 发酵转化为生物丁醇。
生物丁醇的生产原料
糖类物质
合成气
葡萄糖、木糖等糖类物质是生物丁醇 生产的主要原料，可从淀粉、纤维素 等物质中提取。
一氧化碳和氢气的混合物，可通过煤 化工或天然气转化获得，再用于生产 生物丁醇。
废弃物、纤维质等作为原料。
生物丁醇的分子式：C4H9OH。
03
生物丁醇的特性
物理性质
与乙醇相似，具有较高的能量密度（约21MJ/kg），沸点约 117.7°C，不溶于水，易溶于有机溶剂。
化学性质
具有醇羟基，可发生氧化、酯化等反应。
安全性
低毒，但大量摄入可能对肝脏产生毒性。
生物丁醇的用途
01
02
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生物丁醇的挑战与解决 方案
生物丁醇的生产成本问题
总结词
生产成本高昂是生物丁醇推广应用的主要障碍之一。
详细描述
生物丁醇的生产需要大量原材料和能源，导致其成本较高。此外，生物丁醇的生 产过程还需要专业的设备和工艺，进一步增加了生产成本。
生物丁醇的储存和运输问题
总结词
生物丁醇的储存和运输存在安全隐患 和困难。
技术进步推动
生物丁醇技术的不断进步和创新，将进一步降低 生产成本，提高产量和纯度，为大规模应用奠定 基础。
生物丁醇的技术创新
提高发酵效率
通过优化菌种、改进发酵工艺和提高设备效率等手段，提高生物 丁醇的发酵效率，降低生产成本。
分离提纯技术改进
改进生物丁醇的分离提纯技术，提高产品纯度，降低杂质含量，满 足不同应用领域的需求。
丁醇研究开题报告
丁醇研究开题报告引言本文旨在对丁醇进行研究，包括其性质、制备方法以及应用领域。
丁醇是一种有机化合物，其分子式为C4H10O。
它是醇类化合物中最简单的一种，具有广泛的应用价值。
本文将从性质、制备、应用三个方面对丁醇进行深入研究。
一、丁醇的性质丁醇是一种无色液体，具有刺激性气味。
它的密度为0.81 g/cm³，沸点为118 °C，熔点为-89 °C。
丁醇是可溶于水的，与许多有机溶剂如醚和醇类发生混溶。
它的化学性质活泼，容易与其他化合物发生反应。
二、丁醇的制备方法丁醇的制备方法多种多样，下面介绍两种常用的方法：1. 丁醇的化学合成法丁醇可以通过丁醛的还原反应得到。
丁醛是丁烯的氧化产物，可以通过氧化反应得到。
将丁醛与还原剂（如硼氢化钠）反应，可以得到丁醇。
这种方法适用于工业规模的制备。
2. 丁醇的发酵法丁醇也可以通过发酵法制备。
将含有碳源的有机物（如玉米、甜菜等）经过发酵过程，可以得到丁醇。
这种方法在生物制药领域得到广泛应用，具有较高的可持续性和环保性。
三、丁醇的应用领域丁醇在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些主要的应用领域：1. 化工工业丁醇可以被用作溶剂，用于涂料、油漆、胶水等化工产品的制造。
它还可以用作合成其他化合物的原料，如醚类、酯类、硝酸酯等。
2. 制药工业丁醇可用于制药工业中的溶剂、中间体等。
它在药物合成中具有重要作用，可以用于合成抗生素、镇痛药物等。
3. 日用品丁醇还可以用于制造香水、口红、洗发水等日用品。
它在化妆品工业中是一种常见的原料。
4. 能源领域丁醇可以用作替代燃料，被用于某些发动机的燃烧过程中。
它在能源领域具有潜在的应用价值。
结论通过对丁醇的性质、制备方法和应用领域的研究，我们可以看出丁醇是一种重要的有机化合物，具有广泛的应用前景。
随着科学技术的进步，对丁醇的研究将会进一步深入，为人们带来更多的利益和发展机会。
参考文献（此处省略参考文献列表）。
生物燃料丁醇作为发动机燃料的研究进展
生物燃料丁醇作为发动机燃料的研究进展陆大旺;姜莉;唐浩哲;王闯【摘要】生物丁醇与乙醇相比,具有更高的热值;还具有更小的水溶性腐蚀性,且燃烧后不产生氮化物和硫化物;可以减少温室气体的排放等优势,是继生物乙醇后的又一种新型的极富潜力的生物燃料.通过分析世界各国的研究结果可得到以下结论:丁醇所具有的潜能及优点足以作为未来可替代再生清洁能源之一.通过对比分析目前世界上丁醇的主要来源及制备流程,并结合近期丁醇研究所取得的成果,以及丁醇在汽柴油发动机上的应用成果,对丁醇未来作为替代燃料在汽柴油机上的发展做出了展望.【期刊名称】《交通节能与环保》【年(卷),期】2019(015)004【总页数】4页(P8-11)【关键词】生物丁醇;生物燃料;生产;制备;汽柴油机;应用【作者】陆大旺;姜莉;唐浩哲;王闯【作者单位】黑龙江工程学院汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨 150050;黑龙江工程学院汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨 150050;黑龙江工程学院汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨 150050;黑龙江工程学院汽车与交通工程学院,黑龙江哈尔滨 150050【正文语种】中文【中图分类】U469.71 丁醇的来源传统丁醇制备主要是从石油中萃取，但随着石油资源的日渐枯竭，这种传统的制备方法逐渐被摒弃，取而代之的是更为环保的可再生生物发酵制备方法，且与传统方法相比，新方法的原料价格更低也更为环保。
目前主要的丁醇来源方法有以下几种：（1）来源于餐厨垃圾随着人类生活水平及社会经济发展的不断提高，厨余垃圾的产量逐年增加。
其中，厨余垃圾的有机物质中糖类物质、纤维素类的含量均有利于微生物的生长；各种微量元素的比例也有助于代谢产物的积累。
厨余垃圾发酵制取丁醇，不但弥补了生产原料费用昂贵及来源单一的不足，而且解决了厨余垃圾严重污染这一难题。
目前国内与国外极少有利用厨余垃圾发酵制备丁醇的完整流程和商业行为。
（2）来源于藻类和甘油生物质能源是通过植物的光合作用，将太阳能通过光合作用以化学能的形式存储在生物体内的一种能量形式，也被称为绿色资源。
生物丁醇研究现状及进展
中 图分 类 号 ：Ｑ ２ Ｔ ９
文献 标 识 码 ： Ａ
丁 醇是 重 要 化 Ｔ 原 料 ， 去 主 要 作 溶 剂 ， 时 存 医 药 ＿业 、 过 同 『
塑料 １业 、 机 丁业 、 ＿ 有 印染 等方 面 也具 有 广 泛 ＿ 途 一 现 代 丁 醇 丁 Ｌ ｝ Ｊ 业 主要 以石 油 基 为 原 料进 行 化 学 合 成 ， 着石 油化 Ｔ 、 氯 乙 ）随 聚
伍 性 好 ． 够 与 汽 油 达 到更 高 的混 合 比 另 外 ， 着 丁 醇 具 有 的 能 随 蒸 汽压 力低 、 蚀 性 小 、 于 管 道 输 送 等优 势 ， 作 为 一 种 新 生 腐 便 已
ｓｃｈ ｍ ｕｙ（ － Ｊ 于糖 蜜 、 ａｃ ａ ｂ ｔｉｕ －｝ ｌ・一Ｌ Ｊ 纤维素水解液或亚硫酸纸浆废液等
Ｃ ｏ ｔｄｔ ｌ ａ ｅ ｉ ｌ ｉ Ｉ 、ｌｓ ｉ ｕ ｂ ｉ ｒ ｃ ｉ、 ｌ ｔｄ ｕ ｌ ｒ ｉ ｃ ｌ ） ｙ （ Ｉ Ｃ ｏ ｔｄ ｍ ｓｉ ｍ ｏ ｕ ｌ‘ Ｉ Ｕ ｒｉ ｅ ｅｉ ｋｉＣｏ ｒ ｉｍ ｊ ｎ ｓｉ
ｓ 【ａＩｅｌ ｌ ａｃ ｎｒｉ ｐｒｕｙ （【 ｉ ｌ Ｃｏｔｄｕ ａｃａｏｕｙｉ ｍ 等 ， ｈｒ Ｊ ｌ ・ｏ Ｈｌ和 ｌ ｒ ｉｍ ｓｃｈｒｂ ｔ ｃ ） ｓｉ ｌｕ
摘
要 ： 物 丁醇 是 具 有 特 有优 势 的 新 生代 生物 能 源 ， 着 巨大 的 发展 潜 力 论 述 了 生 生 有
物 丁 醇 在 国 内外 的 研 究 进 展 ， 绍 了丁 醇 作 为 新 型 生 物 燃 料 的优 势 ， 对 生 物 丁 醇 的 介 并
发展 前 景 进 行 了展 望 关键词 ： 生物 丁醇 ； 生物 能 源 ； 丙酮一 丁醇 茵 ； 酵 ； 发 燃料
丁醇的生物燃料综合利用技术研究
丁醇的生物燃料综合利用技术研究生物燃料是指利用生物质作为原料，通过生物化学或热化学反应技术转化为可替代传统燃料的能源形式。
其中，丁醇是一种常用的生物燃料，广泛应用于交通运输领域。
本文将探讨丁醇的生物燃料综合利用技术研究，从生产、应用及环境影响三个方面进行论述。
首先，丁醇的生物燃料生产技术研究是实现其综合利用的基础。
目前，生物质转化为丁醇主要通过两个途径：生物法和化学法。
生物法主要通过微生物代谢产生丁醇，其主要特点是能在温和条件下实现转化，但产率较低。
化学法则是通过催化剂将生物质直接转化为丁醇，具有较高的产率，但催化剂选择、反应条件以及废物处理问题等依然是亟待解决的难题。
其次，丁醇生物燃料的应用技术也是研究的重点之一。
作为一种高效能源，丁醇可以直接替代汽油、柴油等传统燃料。
丁醇具有良好的可混合性，使其能够与传统燃料混合使用，从而降低了应用的难度。
此外，使用丁醇生物燃料可以减少二氧化碳等有害气体的排放，对环境友好。
然而，目前丁醇生物燃料在应用过程中仍存在燃烧稳定性、能量密度等问题，需要进一步研究与改善。
最后，丁醇的生物燃料综合利用技术研究必须考虑环境影响。
生物燃料的生产和使用可能会对环境造成一定的影响，如土地占用、影响生态系统平衡等。
因此，在生产过程中需要选择合适的原料来源，尽量避免竞争冲突和环境破坏。
此外，生物燃料在销售、运输和存储过程中需严格控制污染物排放，充分考虑其对环境的潜在风险。
总之，丁醇的生物燃料综合利用技术研究是实现生物燃料可持续发展的关键。
在生产技术方面，生物法和化学法的结合可以提高丁醇的产率；在应用技术方面，混合使用和改进燃烧性能是关键问题；而环境影响需要在整个生命周期中全面考虑。
未来，需要持续投入研究力量，解决技术难题，推动丁醇的生物燃料综合利用技术研究取得更大进展，实现可持续发展目标。
生物发酵产丁醇研究进展
生物发酵产丁醇研究进展作者：潘建军寇翠英来源：《中国科技博览》2019年第07期[摘要]生物发酵产丁醇是以碳水化合物为主要原料，同时进行预处理，在经过丁醇发酵微生物种子液制备、发酵等过程生产丁醇，有效降低了丁醇生产成本，简化生产工艺，大大提升生产效率。
充分利用碳水化合物来发酵并生产丁醇，在此环节充分借助微生物学、生物化学、细胞学、遗传学等理论知识为技术基础，并结合电子计算机、化工等现代工程技术来生成丁醇，生成大量可代谢产业。
本文主要针对生物发酵产丁醇进行具体分析。
[关键词]生物发酵；丁醇；研究进展中图分类号：TQ223.124 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0295-01前言鉴于近几年出现的环境污染及资源紧缺等问题，生物发酵行业已经得到人们越来越多的关注和重视，生物发酵产丁醇工艺中，将能源的多元化和发展潜力得到集中体现。
生物发酵行业是以生物技术来代替化学合成技术进行燃料生产，有效运用可再生生物资源替代原有的不可再生资源，提倡天然、绿色、环保，以环境保护为主要目标，积极体现循环经济可持续发展的战略思想。
利用现代技术来生产丁醇，从而在市场上出现了丁醇这一新型燃料，其操作工艺对人员技术的要求很高，主要具有经济性、实用性、节能环保等优势，所以成为当前微生物发酵行业的主要趋势。
一、丁醇的相关介绍丁醇属于无色液体，有酒味，英文总称为：butanol， butyl alcohol，其蒸汽可与空气形成爆炸性混合物，是有机合成中，制备丁醛、丁酸、丁胺、乳酸丁酯等的主要原料之一。
沸点（℃）：117.5，熔点（℃）：-87.9，相对蒸气密度（空气=1）：2.55，溶解度（水）：7.7%（20℃，质量比），溶于乙醇、醚等多数有机溶剂[1]。
产丁醇是从生物发酵中酒精所得的杂醇油中发现的，近年来生物发酵行业对丁醇的需求量日益增加，需要积极掌握丁醇方面的专业知识。
二、生物发酵产丁醇研究进展1.丁醇危害丁醇具有一定的特殊气味，一旦处理不当，就会产生严重危害：丁醇具有很强的刺激性，具有一定的麻醉作用，容易对人体的眼、鼻、喉、等部位造成刺激，并在角膜浅层形成透明空泡，由此使人们出现头晕目眩、酣睡、皮肤接触性皮炎等症状。
国内外生物丁醇发展现状及进展情况
国内外生物丁醇发展现状及进展情况丁醇是一种极具潜力的新型生物燃料，与汽油乙醇调和物相比，丁醇的燃料经济性较好，有助于提高燃料效率和行驶里程。
生物丁醇的市场潜力国外生物丁醇发展现状我国生物丁醇生产规模我国生物丁醇技术进展生物丁醇的市场潜力目前，全球丁醇消费正在进一步升温，这给生物丁醇产业的发展提供了一片沃土。
截至2008年7月，世界正丁醇消费量为200多万t，预计2011年需求量为340万t，未来5年消费量年均增长率为4%。
届时，亚洲正丁醇生产能力将增加到147万t，产量为119万t，需求量为163万t，缺口量为44万t。
从投资收益率来看，生物丁醇具有很大的经济优势。
截至2008年11月，丁醇售价超过5美元/gal。
我国丁醇的国内市场满足率不到50%，而且2000~2006年的国内消费量呈逐年增加，2006年国内市场消费量为74万t。
长期以来的产能严重不足，丁醇价格一直上涨，由2006年1月的约9000元/t上升到2008年7月的1.6万元/t以上。
国外生物丁醇发展现状第二次世界大战时，日本飞机就使用过丁醇燃料。
1916年，以色列化学家Weizmann C.发现了Clostridium acetobutylicum菌株，通过土豆发酵生产丁醇和丙酮。
BP公司与杜邦公司于2007年底在英国市场上推出他们用作汽油组分的第一个产品生物丁醇，即正丁醇。
他们与英国糖业公司合作的第一套乙醇发酵装置，以甜菜为原料，转产3万t/a(1000万gal/a)丁醇，于2007年第四季度运营。
英国糖业公司也与Vivergo燃料公司、BP公司和杜邦公司组建合资企业，在Hull区Salt end建设和运作世界规模级丁醇装置，于2009年底投运。
该装置年可生产4.2亿L生物丁醇。
2008年9月底，英国生物技术公司Green Biologics与印度Laxmi有机工业公司签约建设验证装置，于2010年生产1000t/a丁醇。
Green Biologics公司在英国有运作300L中型丁醇生产装置的经验。
最新 生物燃料丁醇的研究进展文献综述-精品
生物燃料丁醇的研究进展文献综述目前全球汽车保有量不断增加,预计到2020年将达到12亿辆,届时交通用油将占世界石油总消费量的62％以上,石油需求与常规石油供给之间将出现严重缺口.为解决石油供需矛盾,未来汽车产业在发展新技术、提高汽车燃油经济性的同时,必须考虑代用燃料的发展问题.汽车使用醇类燃料作为石油的替代燃料,也许是一个解决能源消耗和尾气排放的手段之一.其中,丁醇是一种极具潜力的新型生物燃料,被称为第二代生物燃料,可以用来完全或者部分替代化石燃料,从而缓解石油危机1 丁醇性能的优缺点丁醇可作为汽油的代用燃料.丁醇与其它普通醇类燃料如乙醇和甲醇相比,具有很多优点.丁醇的热值大约是汽油的83%,乙醇和甲醇的热值分别只有汽油的65%和48%,丁醇的热值比乙醇要高30％左右,因此相同质量的丁醇可比乙醇多输出约1／3的动力;丁醇的挥发性远低于乙醇,只有乙醇的1／6左右,丁醇的吸湿性远小于甲醇、乙醇和丙醇;这些低碳醇能与水完全互溶,而丁醇则具有适度的水溶性,丁醇的这一特性使它在纯化阶段降低了能源消耗;丁醇比乙醇的腐蚀性低,能够利用现有管道运输,同时由于比其它低碳醇具有相对较高的沸点和闪点,其安全性更高;此外,丁醇与汽油、柴油的互溶性较好,因此可以不必对现有的发动机结构作大的改动,而且可以使用体积分数几乎为100％的丁醇燃料尽管作为发动机燃料丁醇比其它低碳醇具有更多的优势,但将丁醇直接应用到发动机中仍然存在一些潜在的问题,例如:① 与发动机性能的匹配性.尽管丁醇与甲醇、乙醇相比具有更高的能量,但它的热值仍然比传统的汽油或柴油燃料低,因此,汽油或柴油发动机利用丁醇作为替代燃料需要增加燃油供给量.② 尽管甲醇、乙醇的密度比丁醇低,但它们较高的辛烷值允许发动机有更高的压缩比和燃烧效率,较高的燃烧效率减少了温室气体的排放量.③ 丁醇比乙醇、甲醇的黏度高,这使得丁醇应用在柴油发动机中不会产生燃油泵内润滑不足和潜在的磨损问题.然而将丁醇应用于火花点火式发动机(简称SI发动机)时,较高的黏度将产生潜在的沉积或腐蚀等问题2 丁醇生产的发展过程2.1 丁醇生产的历史Wirtz在1852年发现正丁醇可以作为一种常规的燃料组成部分.十年之后,Pasteur于年通过试验得出结论,丁醇是厌氧转化乳酸和乳酸钙的直接产物.1876—1910年,许多学者研究了丙酮-丁醇的生产方法和有关的溶剂［1］通过ABE(丙酮、丁醇、乙醇)发酵法工业生产丁醇和丙酮始于1912—1916年,这是已知最早的工业发酵法之一,在生产规模上排名第二,仅次于通过酵母发酵法生产乙醇的规模,而且它是已知的最大型的生物技术工艺流程［2-3］在发酵过程中主要有三类典型的产物:① 溶剂(丙酮、丁醇、乙醇);② 有机酸(乙酸、乳酸、丁酸);③ 气体(二氧化碳、氢).生物合成的丙酮、丁醇、乙醇。
丁醇生物发酵的研究进展与前景
步 可以大大降低 制造成本 ，使得大力发展 生物燃 料 成 为 许 多 国家 发 展 的共 识川。
直接使用 『 ２ １ 。丁醇混合燃料的经济性更高 ， 可比乙 醇多走 ３ ％的路程 ，与传统燃料相 比可支持汽 车 ０ 多走 １％的路 程【 ０ ３ １ 。同 时 ， 降低 温室 气体 的排 能 放 ， 烧 时不 会 对 环 境 产 生 危 害 。 醇 的这 些 特 点 燃 丁
ｏ ｃ ｏ ａ ｅ ｅ ｔ ｔ ｎ ｔ ｃ ｏｏ ｙ ｗｅ ｅａ ａｙ ｅ ｆｍｉｒ ｂｉｌｆｒ ｎ ａ ｉ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｒ ｎ ｚ ｄ． ｍ ｏ ｌ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｂ ｔｎ ｌ Ｂ ｏｏ ｉａ ｅｍｅ ｔｔ ｎ Ｒｅ ｅ ｒｈ ｐ ｏｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ： ｕ ａ ｏ ； ｉｌｇｃ ｌ ｒ ｎａｉ ； ｓａｃ ｒｇｅ ｓ ｆ ｏ
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丁醇的研究进展与前景展望
2010-4-29 10:05:59丁醇的研究进展与前景展望生物燃料是指通过生物资源生产的适用于汽油或柴油发动机的燃料，包括燃料乙醇、生物柴油、生物丁醇、生物气体、生物甲醇、生物二甲醚等，目前市场上以燃料乙醇和生物柴油最为常见。
生物丁醇与乙醇相似，可以和汽油混合，但却具有许多优于乙醇之处，因此，生物丁醇的研究开发日益受到许多国家的重视。
1 生产概述工业上生产丁醇的方法有3种：①羰基合成法。
丙烯与CO、H2在加压加温及催化剂存在下羰基合成正、异丁醛，加氢后分馏得正丁醇，这是工业上生产丁醇的主要方法。
②发酵法。
以淀粉等为原料，接人丙酮-丁醇菌种，进行丙酮丁醇(ABE)发酵，发酵液精馏后得产品正丁醇。
③醇醛缩合法。
乙醛经缩合成丁醇醛，脱水生成丁烯醛，再经加氢后得正丁醇。
发酵法生产丙酮和丁醇工业始于1913年。
第一次世界大战爆发后，丙酮用于制造炸药和航空机翼涂料等用量激增。
英国首先改造酒精厂为丙酮丁醇工厂，继而又在世界各地建立分厂，以玉米为原料大规模生产丙酮、丁醇。
战后由于与丙酮同时制得约有2倍量的正丁醇未发现可利用价值，丙酮、丁醇工业曾衰退停顿，当发现正丁醇是制造醋酸丁酯作为硝酸纤维素之最佳溶剂后，此工业又获得新生。
20世纪五六十年代，由于来自石油化工的竞争，丙酮、丁醇发酵工业走向衰退。
但是70年代的石油危机，促使人们重新认识到丙酮、丁醇发酵工业的重要性。
2 优势发酵法生产的生物丁醇可作为生物燃料替代汽油等石化能源，其优势体现在生产方法和产品性能两方面。
2.1 发酵方法上的优势(1)化工合成法以石油为原料，投资大，技术设备要求高；而微生物发酵法一般以淀粉质、纸浆废液、糖蜜和野生植物等为原料，利用丙酮丁醇菌所分泌的酶来将淀粉分解成糖类，再经过复杂的生物化学变化，生成丙酮、丁醇和乙醇等产物，其工艺设备与酒精生产相似，原料价廉，来源广泛，设备投资较小；(2)发酵法生产条件温和，一般常温操作，不需贵重金属催化剂；(3)选择性好、安全性高、副产物少，易于分离纯化；(4)降低了对有限石油资源的消耗和依赖。
生物丁醇发酵研究进展
生物丁醇发酵研究进展高越;郭晓鹏;杨阳;张苗苗;李文建;陆栋【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2018(034)008【摘要】随着化石燃料的枯竭及环境污染的日趋严重,生物燃料等清洁可再生能源已成为世界各国研究开发的热点.生物丁醇以其燃烧值高,能量密度大,污染轻,以及可与汽油以任意比例互溶等特点,成为新一代可再生资源研究开发的重点.尽管生物丁醇目前前景广阔,但传统丙酮-丁醇-乙醇(Acetone-butanol-ethanol,ABE)发酵途径生产成本高且产率低限制了其商业化生产.为了有效降低原材料成本,实现廉价生物材料的工业转换,基于生物质资源的经济型发酵工艺成为研究热点;通过外源添加的技术手段,快速揭示发酵体系下菌株表型及发酵性能变化对于系统阐述菌株代谢水平与基因水平交叉作用规律具有一定理论意义.此外,随着全基因组测序及相关组学工程技术手段的发展,围绕代谢网络结构改造,阻断非丁醇代谢合成通路,明确胁迫调控机制,解除相关代谢调控等方面内容,对产丁醇梭菌进行内源改造,以期提高丁醇代谢合成能力及丁醇耐受性的研究也逐步深入.基于丁醇发酵生物质资源开发,代谢宏观调控策略及菌种选育等方面研究进展,讨论了生物丁醇生产代谢过程中的瓶颈问题,并对生物丁醇发展前景进行展望,旨为工程菌的构建和基于过程工程技术的代谢调控提供理论依据.【总页数】8页(P27-34)【作者】高越;郭晓鹏;杨阳;张苗苗;李文建;陆栋【作者单位】中国科学院近代物理研究所,兰州730000;中国科学院大学,北京100049;中国科学院近代物理研究所,兰州730000;中国科学院大学,北京100049;兰州理工大学,兰州730050;中国科学院近代物理研究所,兰州730000;中国科学院大学,北京100049;甘肃省微生物资源开发利用重点实验室,兰州730070;中国科学院近代物理研究所,兰州730000;甘肃省微生物资源开发利用重点实验室,兰州730070;中国科学院近代物理研究所,兰州730000;甘肃省微生物资源开发利用重点实验室,兰州730070【正文语种】中文【相关文献】1.替代原料发酵产生物丁醇及其他高级醇的研究进展 [J], 平振杰;苏亚蕊;关爱民;郜晓峰2.发酵法制备生物丁醇的研究进展 [J], 唐家发;陈俊杰;庄文豪;王丽倩;李淑君;王慧3.发酵法制备生物丁醇的研究进展 [J], 刘帅4.发酵法制备生物丁醇的研究进展 [J], 刘帅;5.可再生原料发酵生产生物丁醇的研究进展 [J], 吴又多;齐高相;陈丽杰;白凤武因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
生物丁醇的技术现状及发展前景
燃料经济性高， 腐 蚀性小 ， 蒸汽压力较低 ， 易于管道输送 。因此 ， 生 萃取发酵的最关键的环节是选取高质量 的萃取剂 。 浙江大学 物丁醇已成 为新型醇类生物燃料产品 ， 同时广泛 应用在 医药工业 、 研究人员在 １ ９ ９ ２年发现使 丁醇 的产量显著增 加的方法 就是利用 塑料工业 、 有机工业 、 印染等方面 ， 是重要的大宗化工原料 。 间歇萃取发酵方式 。 萃取发酵可降低并消除代谢产物对微生物生
长带来 的不利影响 。 ４ ． ２ ． ２ 气提法 在稀释 液中通人 惰性气体 ， 使发 酵产 物及时分离的气提分离 技术与问歇发酵相 比， 前者对丙酮丁醇发酵的影响较 大。 ４ ． ２ ． ３渗透蒸发 利用膜对混合物 的不 同性 能产生不同反应 的特点 ， 在蒸 汽分 压差的制约下 ， 对混合物进行部分蒸发使之分离。 ４ ． ２ ． ４两 步 发 酵 法 发 酵 在传统发酵 的基础上发展 两步法发酵 ， 首先用厌 氧梭 菌将糖 高温发酵得到丁酸 ， 然后将生成 的丁酸发酵生成 丁醇。这样有效 可显著降低 丁醇的毒性 ， 从而保证发酵反应 持续稳定 的进行 。
２生 物法 制定醇 的历 史
第一次世界大战期 间就有 了生物法制 备丁醇 ， 当时 生产 合成 橡 胶的最理想路线 是 以产 溶剂梭 菌厌 氧发 酵的方式来 合成 丁二 烯橡胶 。因此 ， 以碳水化合物 （ 玉米粉等 ） 为底物 的溶剂发酵也 飞 速 发展 。２ ０世纪 ５ ０年代 ， Ａ Ｂ Ｅ发酵逐渐衰落 ， 在北美 、 欧洲 、 日本 等地停 止了生产 。中国第一家 Ａ Ｂ Ｅ发酵工厂使用玉米发酵（ 上海 溶 剂厂 ） 于１ ９ ５ ５年投产 ， 随后北 京 、 天津 、 江苏等省市陆续建立 了 近３ ０家 Ａ Ｂ Ｅ发 酵工厂 ， 随着 石油合成 化工 的兴 起 ， 发酵 法生产 Ａ Ｂ Ｅ在生产成本上失去竞争优势 ， 自上世纪 ９ ０年代开始 ，国内 Ａ Ｂ Ｅ发酵企业逐步停业关闭 。 由于石 油资源紧张和不可再生等原 凶 ，发酵法生产 Ａ Ｂ Ｅ技 术 近年来再次成 为社会关 注的焦点 。近年来 国内 已建成 数十家 Ａ Ｂ Ｅ发酵企业 ， 另有 ５家在筹备建设 中 ， 预计全部建成投产后 ， 国 内Ａ Ｂ Ｅ发 酵生产总量将 高达年产 １ ０ ０万 ｔ 的规模 。
生物丁醇代谢工程的研究进展
要方向。笔者从代谢工程改造的 角度评述近 ５年来生物丁 醇研 究的进展 ， 同时讨论 了生物丁 醇研 究 中需要 着力解
决 工程 ； 代谢 途 径 ； 生物 制 造
中图分类号 ： Ｑ ７ ８
文献标志码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ６ ７ ２—３ ６ ７ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２— ０ ０ ５ ８— ０ ７
（ １ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｌ ｉ ｆ ｅ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ， Ｈｅ ｆ ｅ ｉ ２ ３ ０ ０ ２ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｉ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｍｅ ｔ ａ ｂｏ ｌ ｉ ｃ ｅ ｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ ｆ ｏ ｒ ｂ ｉ ｏ ｂ ｕｔ ａ ｎｏ ｌ ｐｒ ｏ ｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ： ａ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
Ｄ Ａ Ｉ Ｚ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ｅ ， Ｄ Ｏ Ｎ Ｇ Ｈ ｏ ｎ ｇ ｊ ｕ ｎ ， Ｚ ＨＵ Ｙ ａ ｎ ， Ｚ ＨＡ Ｎ Ｇ Ｙ ａ ｎ ｐ ｉ ｎ ｇ ， Ｌ Ｉ Ｙ ｉ ｎ
ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｂ ｕｔ ａ ｎ ｏ ｌ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｔ ｈ ｗａ ｙ ｉ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｂａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｗａ ｓ ａ ｎ ｏ ｔ ｈｅ ｒ ｃ ｈ ｏ ｉ ｃ ｅ ｏｒ ｆ ｂ ｕ ｔ ａ ｎｏ ｌ ｐｒ ｏ ｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ， ｔ ｈ ｅ ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ａ ｂ ｏ ｌ ｉ ｃ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｂｕ ｔ ａ ｎ ｏ ｌ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｆ ｉ ｖ ｅ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｍｍａ ｉｚ ｒ ｅ ｄ， ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｉ ｎ ｂ ｕｔ ａ ｎ ｏ ｌ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｍａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｉａ ｒ ｌ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｅ ｒ ｅ ａ ｌ ｓ ｏ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕｓ ｓ ｅ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｂ ｉ ｏ ｂ ｕ ｔ ａ ｎ ｏ ｌ ；ｍｅ ｔ ａ ｂ ｏ ｌ ｉ ｃ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ；ｍｅ ｔ ａ ｂ ｏ ｌ ｉ ｃ ｐ ａ ｔ ｈ ｗａ ｙ；ｂ ｉ ｏ － ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｉｎ ｒ ｇ
生物燃料丁醇的研究进展
生物燃料丁醇的研究进展作者：姜莉储江伟来源：《能源研究与信息》2014年第02期文章编号： 1008-8857(2014)02-0079-05DOI:10.13259/ki.eri.2014.02.004摘要：将丁醇与汽油、其它生物燃料(如甲醇、乙醇)进行了性能对比,回顾了丁醇生产的发展过程并详细介绍了提高丁醇生产能力的各种方法.总结了丁醇作为一种生物燃料在利用燃烧反应器进行的基础燃烧试验和火花点火式发动机中的应用研究进展.对丁醇的燃烧特点进行了分析,结果表明:丁醇作为第二代生物燃料,是一种较好的汽油代用燃料;与乙醇相比,对丁醇的研究还不够广泛,可参考的文献较少.最后对目前丁醇在发动机性能和排放方面的研究成果进行了总结并指出了今后的研究方向.关键词：正丁醇; 生物燃料; 生产; 应用中图分类号：文献标志码： Aol as a biofuel(Traffic College, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)： In this review,the properties of butanol are compared with the conventional gasoline and some widely used biofuels,i.e.methanol,ethanol.Then,the development of butanol production is reviewed and various methods for increasing fermentative butanol production are introduced in detail.Next,the applications of butanol as a biofuel are summarized from two aspects:(1)gasoline in spark ignition engine.These studies demonstrate that butanol,as a second generation biofuel,is a better alternative for the gasoline fuel,from the viewpoints of combustion characteristics,engine performance,and exhaust emissions.However,butanol has not been intensively studied when compared to ethanol,for which considerable numbers of reports areavailable.Finally,some summarKey words：butanol; biofuel; production; application目前全球汽车保有量不断增加,预计到2020年将达到12亿辆,届时交通用油将占世界石油总消费量的62％以上,石油需求与常规石油供给之间将出现严重缺口.为解决石油供需矛盾,未来汽车产业在发展新技术、提高汽车燃油经济性的同时,必须考虑代用燃料的发展问题.汽车使用醇类燃料作为石油的替代燃料,也许是一个解决能源消耗和尾气排放的手段之一.其中,丁醇是一种极具潜力的新型生物燃料,被称为第二代生物燃料,可以用来完全或者部分替代化石燃料,从而缓解石油危机1 丁醇性能的优缺点丁醇可作为汽油的代用燃料.丁醇与其它普通醇类燃料如乙醇和甲醇相比,具有很多优点.丁醇的热值大约是汽油的83%,乙醇和甲醇的热值分别只有汽油的65%和48%,丁醇的热值比乙醇要高30％左右,因此相同质量的丁醇可比乙醇多输出约1／3的动力;丁醇的挥发性远低于乙醇,只有乙醇的1／6左右,丁醇的吸湿性远小于甲醇、乙醇和丙醇;这些低碳醇能与水完全互溶,而丁醇则具有适度的水溶性,丁醇的这一特性使它在纯化阶段降低了能源消耗;丁醇比乙醇的腐蚀性低,能够利用现有管道运输,同时由于比其它低碳醇具有相对较高的沸点和闪点,其安全性更高;此外,丁醇与汽油、柴油的互溶性较好,因此可以不必对现有的发动机结构作大的改动,而且可以使用体积分数几乎为100％的丁醇燃料尽管作为发动机燃料丁醇比其它低碳醇具有更多的优势,但将丁醇直接应用到发动机中仍然存在一些潜在的问题,例如:①与发动机性能的匹配性.尽管丁醇与甲醇、乙醇相比具有更高的能量,但它的热值仍然比传统的汽油或柴油燃料低,因此,汽油或柴油发动机利用丁醇作为替代燃料需要增加燃油供给量.②尽管甲醇、乙醇的密度比丁醇低,但它们较高的辛烷值允许发动机有更高的压缩比和燃烧效率,较高的燃烧效率减少了温室气体的排放量.③丁醇比乙醇、甲醇的黏度高,这使得丁醇应用在柴油发动机中不会产生燃油泵内润滑不足和潜在的磨损问题.然而将丁醇应用于火花点火式发动机(简称SI发动机)时,较高的黏度将产生潜在的沉积或腐蚀等问题2 丁醇生产的发展过程2.1 丁醇生产的历史Wirtz在1852年发现正丁醇可以作为一种常规的燃料组成部分.十年之后,Pasteur于年通过试验得出结论,丁醇是厌氧转化乳酸和乳酸钙的直接产物.1876—1910年,许多学者研究了丙酮-丁醇的生产方法和有关的溶剂［1］通过ABE(丙酮、丁醇、乙醇)发酵法工业生产丁醇和丙酮始于1912—1916年,这是已知最早的工业发酵法之一,在生产规模上排名第二,仅次于通过酵母发酵法生产乙醇的规模,而且它是已知的最大型的生物技术工艺流程［2-3］在发酵过程中主要有三类典型的产物:①溶剂(丙酮、丁醇、乙醇);②有机酸(乙酸、乳酸、丁酸);③气体(二氧化碳、氢).生物合成的丙酮、丁醇、乙醇共享相同的代谢途径,即从葡萄糖到乙酰辅酶但随后的分支进入不同的途径.通过发酵法生产的丁醇皆是生物丁醇,自从19世纪60年代通过ABE发酵法生产丁醇的产量持续下降,几乎所有的丁醇都是通过石油化工方法生产的.发酵法生产丁醇的产量下降,主要是因为石油化工原料的价格比淀粉糖基如谷物、糖蜜的价格低,因此用石油燃料生产丁醇越来越受到欢迎,在这个阶段ABE发酵法被使用得越来越少19世纪80年代,石油危机促进了生物燃料的发展.那时人们最关注的代用燃料是乙醇,人们虽然熟悉乙醇的生产,但并没有认识到为了将乙醇与汽油混合,进行脱水这一非常消耗能源的步骤是必要的,同时也没有认识到运输乙醇-汽油燃料的困难性,因为乙醇-汽油燃料不能利用现有的管道运输,任何浓度的乙醇-汽油燃料都会对橡胶密封产生腐蚀和损害.尽管乙醇是一种能量等级较低的醇类物质,而且具有腐蚀性、难于提纯、易挥发、有爆炸危险性等缺点,但它较高的产量使得乙醇成为主要应用的生物燃料.过去的30年中,能源密集型的乙醇生产仍然不能满足人们对燃料、能源、清洁空气的需求.近年来,为了应对石油化工产品和污染治理成本的上升,且生产乙醇的技术、设备稍作调整就可以直接用于生产丁醇,因此,许多国家开始重新关注丁醇2.2 利用非粮食生物质提高丁醇生产能力生物丁醇可通过发酵法利用淀粉或糖类制取,然而,由于成本高、产量相对较低、发酵时间长等原因,使得用ABE发酵法生产丁醇无法在工业规模上与采用合成法生产丁醇进行竞争.随着人们对丁醇这一代用燃料越来越关注,许多公司纷纷研究新方法代替传统ABE发酵法,从而使生物丁醇的生产可达到工业规模.基于生物化学转换非粮食木质纤维素的第二代生物丁醇生产相比现有的能源密集型生物丁醇生产具有一些潜在优势有研究表明,改良菌株具有更高的利用淀粉的能力,同时能在发酵培养液中积累较高浓度的丁醇(17～-［2］除了使用玉米,丙酮-丁醇生产还使用了液化玉米粉和玉米浆-的液化玉米粉和玉米浆产生约-的溶剂.由于发酵酶作用物的成本对丁醇价格影响最大,利用其它可再生能源和经济上可行的基材例如淀粉基包装材料、玉米纤维水解物、大豆蜜糖、水果加工工业废料等进行丁醇发酵,从这些替代性可再生资源中生产的溶剂总量为-［3］在关于多糖的研究中,其焦点是纤维素和半纤维素,它们是地球上最丰富的可再生利用资源.大量糖类已用于生产丁醇,使用改良菌株进行分批发酵,可以提高丁醇的产量小麦麸是小麦制粉工业的副产品,主要包括半纤维素、淀粉和蛋白质.经稀硫酸水解的小麦麸皮水解产物中含有-的总还原糖、-的葡萄糖、17.4 -木糖和-的阿拉伯糖［4］一种工业酶作用物液化玉米淀粉(LCS)已经被成功用于ABE生产,分批发酵-过程中产生-的ABE产品,与葡萄糖相当.如果向分批发酵反应器放入糖化的液化玉米淀粉(SLCS),通过气体剥离重新获得ABE,此法可以得到-的［5］同时,随着丁醇制备技术的不断成熟,丁醇的生产成本也逐渐下降.美国ButylFuel公司的成果表明,使用微生物发酵法可以由1 L玉米制备0.27 L丁醇,其成本仅为0.317美元-远低于利用石油化工方法制备丁醇的成本美元-而如果使用饲料等废弃物代替玉米,此生产成本可进一步下降［6］3 丁醇作为生物燃料应用的进展如前所述,丁醇和其它低碳醇相比具有许多优势,并且大量新技术的使用也可提高丁醇的产量.另外许多因素都促进了生物燃料的发展,例如不确定的石油价格、温室气体排放、提高能源安全和能源多样性的需要等.目前很多研究团队已将丁醇作为一种替代生物燃料进行研究,将丁醇与汽油或柴油混合应用在发动机上，或应用在一些基本的燃烧反应器中3.1 丁醇的基础燃烧试验在丁醇的基础燃烧试验中,研究人员测量了层流层的燃烧速度,同时还研究了在预混和燃烧或扩散燃烧中形成的中间物质.利用这些试验数据开发了丁醇的化学反应动力学模型.这些预测模型可以提供对丁醇燃烧特性更好的理解,并可以解释通过石油衍生原料和其它生物原料获取的丁醇在燃烧特性方面的差异.Sarathy等［7］的试验结果表明,丁醇的层流燃烧速度在当量比介于和1.1之间时增加,相对应的最大燃烧速度为-随后在达到较高的当量比时燃烧速度下降一个早期的关于静态反应器的研究指出,丁醇的热解是通过－键的裂变开始的,产生了正丙基自由基和羟甲基自由基.羟甲基自由基进一步分解为甲醛和氢自由基,而正丙基自由基分解为乙烯和甲基自由基［8］有学者研究了丁醇的燃烧速度,因为燃烧速度是决定传播和稳定预混火焰的关键参数之一.Roberts使用火焰锥的阴影图像测量了丁醇的燃烧速度,结果表明,丁醇的最大燃烧速度和正丙醇、异戊醇是类似的,约为-［9］3.2 在可变操作参数单缸发动机（CFR发动机）中使用丁醇作为混合燃料的研究Yacoub等［10］多次进行了关于应用直链醇－甲醇-正戊醇)与汽油混合使用在CFR发动机上的研究,试验条件为:空气和燃料按化学计量比混合,转速为1 000 -对发动机的工作条件进行了优化,使混合燃料中氧的质量分数分别为2.5%和5.0%,相应丁醇的体积分数分别为11%和22%.研究结果表明:丁醇比无铅汽油容易产生燃烧爆震,所有醇-汽油混合燃料的试验均显示CO排放减少,总的HC排放也减少.尽管如此,所有混合燃料与汽油相比未燃烧醇排放较高,醇含量越高未燃烧醇的含量也越高;所有混合燃料的醛排放较高,甲醛是主要成分排放可能增加也可能降低,取决于不同的操作条件Gautam等［11-12］在-、空气和燃料为化学计量比的试验条件下,使用6种醇-汽油混合燃料在 CFR发动机上进行试验,每种混合燃料由体积比为9∶1的汽油和醇组成,混合用的醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇.试验结果表明,混合燃料中氧含量越高,抗爆震性能越高,火焰速度越快.在最大功率工况条件下,排放试验结果表明,醇-汽油混合燃料比纯汽油的排放明显降低,CO排放降低排放降低排放降低5%~11%,总的HC排放降低17%~23%.这是因为混合燃料有更好的抗爆震性能,允许更高的压缩比,从而提高发动机的输出能量.醇-汽油混合燃料与纯汽油相比,循环燃料消耗量高3%~5%,但比油耗低Szwaja等［13］在一台单缸CFR发动机上通过改变点火提前角研究了丁醇的燃烧特性,丁醇的体积分数为0%~100%,压缩比为8~10,转速为-空气和燃料为化学计量比.试验结果表明,最高峰值压力随丁醇体积分数的增加而提高.因此,混合燃料最佳点火正时应延迟.通过试验,研究人员从燃烧、能量密度以及理化性能等角度证明了丁醇可代替汽油作为纯燃料或燃料混合物3.3 在SI发动机中使用丁醇作为混合燃料的研究目前关于SI发动机中使用丁醇的研究非常广泛,但关于丁醇-汽油混合燃料燃烧和丁醇燃料发动机的研究还很少.几乎所有关于丁醇-汽油混合燃料的研究都集中在不同运行工况下对发动机的性能评价、燃料消耗量和排放物方面.研究表明,与纯汽油相比,在保证发动机性能不变的条件下,向汽油中添加体积为20%~40%的丁醇能使发动机在更稀的混合气状态下工作.丁醇体积分数为20%~40%的丁醇-汽油混合燃料未燃HC排放与无铅汽油类似,但随着丁醇体积分数的增加,未燃HC排放也会增加.丁醇体积分数为20%的丁醇-汽油混合燃料与纯汽油相比排放物降低到较低的水平.随着丁醇体积分数的提高,燃油消耗率轻微增加,这与混合燃料的热值下降有关.例如,丁醇体积分数为40%的丁醇-汽油混合燃料比汽油的热值低10%,燃油消耗率增加［14］研究人员研究了基于不同混合比的丁醇-汽油混合燃料的汽油发动机的性能,结果显示:丁醇是一种非常有前景的代用燃料,在节能方面具有很大的潜力;丁醇可降低14%的制动燃油消耗率并减少排放［15］Dernotte等［15］研究了丁醇-汽油混合燃料的燃烧和排放特性,结果表明,BU40(丁醇体积分数为40%)的HC排放达到最低值,除了BU80(丁醇体积分数为排放没有明显变化.通过指示平均有效压力(IMEP)的变化发现加入正丁醇提高了燃烧的稳定性,同时减少了点火延迟Wallner等［16］用一台四缸直喷SI发动机研究了纯汽油、E10(乙醇体积分数为10%的乙醇汽油)和BU10(丁醇体积分数为10%)的燃烧和排放性能,发动机转速从-负载从0 Nm升至150 Nm.结果显示,BU10燃烧速度比E10和纯汽油的高,三种燃料的燃烧稳定性没有明显不同,在发动机整个工作范围内IMEP小于3%.相比于E10,BU10和纯汽油在高负载时更容易爆震.相比于纯汽油,BU10的油耗大约增加3.4%,E10的油耗大约增加4.2%,而三种燃料的制动热效率非常类似.在纯汽油和两种混合燃料之间,CO和HC排放没有显著的差异排放BU10最低.由于丁醇的辛烷值低,在高负载的条件下需要推迟点火时间.根据试验结果,BU10代替E10能够改善燃油经济性并且保证排放性和燃烧稳定性不下降目前国外关于丁醇的研究热点之一是丁醇的低温燃烧特性.Oliver等［17］给出了丁醇两种同分异构体在低温(550~700 K)条件下的燃烧氧化反应路径［18］通过试验和仿真给出了正丁醇在750~850 K下详细化学反应动力学机理,几乎100%的燃料消耗是通过脱氢反应完成的,其中62%的原始燃料转化成乙醛等物质,其它38%转化成等物质4 结论丁醇、丁醇-汽油混合燃料的燃烧持续期与汽油相当,混合燃料与汽油相比减少了点火延迟.当使用正丁醇-汽油混合燃料时,由于燃烧加快,为了获得最大输出转矩,需要延迟火花点火正时.通过测算IMEP,正丁醇、正丁醇-汽油混合燃料的燃烧稳定性并没有明显变化截至目前,研究使用的发动机有CFR发动机、光学引擎发动机、单缸或多缸发动机.其中一些发动机使用了涡轮增压、可变气门、直喷等先进技术.从现有的研究中可以总结如下(1) 丁醇在混合燃料中体积分数小于20%时,不需要调整发动机就可以获得和汽油燃料相同的发动机功率;当丁醇体积分数达到30%时,发动机最大功率开始下降;随着丁醇体积分数的增加,燃料消耗量增加。
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新型生物燃料———丁醇的研究进展姓名:吴柏君学号：201307231班级：应化1301班专业：化学与生物工程学院兰州交通大学2015年10月10日摘要:出于能源安全和环保的考虑,生物燃料已成为许多国家研究发展的目标,而生物丁醇以其特有的优势体现了能源的多元化和巨大的发展潜力。
介绍了丁醇作为新型生物燃料的优势及国内外最新研究进展,并对丁醇生产中存在的问题及其应对策略进行了探讨,最后对其发展前景进行了展望。
关键词:丁醇; 生物燃料; 研究进展中图分类号:O623.411文献标识码:A文章编号:0253-4320(2008)06-0028-04 Research progress in new biofuel butanolAbstract:In view of energy security and environment protection,biofuel has been turned into research and developmenttarget in many countries.With special advantages,biobutanol demonstrates energy diversification and great developmentpotential.The advantages of butanol as a newbiofuel and its latest research progress athome and abroad are introduced,and thepresent problems existing in butanol production by the fermentation and their strategies are discussed.Finally,the prospects ofbiobutanol are looked forward to.Key words:butanol;biofuel;research progress受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响,发展生物燃料已成为许多国家提高能源安全、减排温室气体、应对气候变化的重要措施。
生物燃料是指通过生物资源生产的适用于汽油或柴油发动机的燃料,包括燃料乙醇、生物柴油、生物丁醇、生物气体、生物甲醇、生物二甲醚等,目前市场上以燃料乙醇和生物柴油最为常见。
生物丁醇与乙醇相似,可以和汽油混合,但却具有许多优于乙醇之处,因此,生物丁醇的研究开发日益受到许多国家的重视[1-3]。
1生产概述工业上生产丁醇的方法有3种[4-5]:①羰基合成法。
丙烯与CO、H2在加压加温及催化剂存在下羰基合成正、异丁醛,加氢后分馏得正丁醇,这是工业上生产丁醇的主要方法。
②发酵法。
以淀粉等为原料,接入丙酮-丁醇菌种,进行丙酮丁醇(ABE)发酵,发酵液精馏后得产品正丁醇。
③醇醛缩合法。
乙醛经缩合成丁醇醛,脱水生成丁烯醛,再经加氢后得正丁醇。
发酵法生产丙酮和丁醇工业始于1913年。
第一次世界大战爆发后,丙酮用于制造炸药和航空机翼涂料等用量激增。
英国首先改造酒精厂为丙酮丁醇工厂,继而又在世界各地建立分厂,以玉米为原料大规模生产丙酮、丁醇。
战后由于与丙酮同时制得约有2倍量的正丁醇未发现可利用价值,丙酮、丁醇工业曾衰退停顿,当发现正丁醇是制造醋酸丁酯作为硝酸纤维素之最佳溶剂后,此工业又获得新生。
20世纪五六十年代,由于来自石油化工的竞争,丙酮、丁醇发酵工业走向衰退。
但是70年代的石油危机,促使人们重新认识到丙酮、丁醇发酵工业的重要性[6]。
2优势发酵法生产的生物丁醇可作为生物燃料替代汽油等石化能源,其优势体现在生产方法和产品性能两方面。
2.1发酵方法上的优势(1)化工合成法以石油为原料,投资大,技术设备要求高;而微生物发酵法一般以淀粉质、纸浆废液、糖蜜和野生植物等为原料,利用丙酮丁醇菌所分泌的酶来将淀粉分解成糖类,再经过复杂的生物化学变化,生成丙酮、丁醇和乙醇等产物,其工艺设备与酒精生产相似,原料价廉,来源广泛,设备投资较小;(2)发酵法生产条件温和,一般常温操作,不需贵重金属催化剂;(3)选择性好、安全性高、副产物少,易于分离纯化;(4)降低了对有限石油资源的消耗和依赖。
2.2生物丁醇的性能优势作为生物燃料,丁醇与其同系物及其他燃料物化和燃烧特性的比较见表1和表2[2,7]。
丁醇与乙醇相比具有以下优势[8]:①能量含量高,与乙醇相比可多走30%的路程;②丁醇的挥发性是乙醇的1/6倍,汽油的1/13.5,与汽油混合对水的宽容度大,对潮湿和低水蒸气压力有更好的适应能力;③丁醇可在现有燃料供应和分销系统中使用,而乙醇则需要通过铁路、船舶或货车运输;④与其他生物燃料相比,腐蚀性较小,比乙醇、汽油安全;⑤与现有的生物燃料相比,生物丁醇与汽油的混合比更高,无需对车辆进行改造,就可以使用几乎100%浓度的丁醇,而且混合燃料的经济性更高;⑥与乙醇相比,能提高车辆的燃油效率和行驶里程;⑦发酵法生产的生物燃料丁醇会减少温室气体的排放。
与乙醇一样,燃烧时不产生SOx或NOx,这些对环境有利;⑧丁醇作燃料会降低国内对燃油进口的依赖性,体现燃料的多元性,有利于缓解国家之间因石油引发的关系紧张问题。
3国内外研究进展随着石油资源的短缺,石油价格的不断上扬,经济和社会的发展需要进行资源、能源、环境革命。
在经济发展和社会发展的双重驱动下,世界许多国家开始重新关注微生物发酵法生产丁醇的研究,其中以美国取得的专利和成果最多。
3.1美国2006年6月,美国杜邦(Dupont)公司和英国BP公司联合宣布建立合作伙伴关系,共同开发、生产并向市场推出新一代生物燃料———生物丁醇,以满足全球日益增长的燃料需求,该生物丁醇厂将于2009年投入运营[9-10]。
美国农业部农业研究所(USDA-ARS)研究项目Cost-Effective Bioprocess Technologies for Production ofBiofuels from Lignocellulosic Biomass,利用拜氏梭菌转化纤维素生物质生产生物丁醇,该项目2004年立项,预计2009年完成[11]。
美国绿色生物有限公司(GBL)和专业级公司EKB公司合作,投资85.5万欧元创新丁醇发酵工艺技术,计划开发生产生物燃料丁醇用于交通运输,将其生产成本降低1/3[12]。
加利福尼亚技术研究院(Caltech)、下属公司Gevo、Khosla风险投资公司及Virgin Fuels公司目前已将研究从乙醇转向了丁醇;Gevo公司将利用甘蔗、玉米副产物和草等不同类型的生物质生产生物丁醇[13]。
美国EnerGenetics International Inc.(EGI)用DNA遗传改良菌株,通过代谢工程调控和专利技术开发的连续固定化反应器,采用膜技术回收产物,发酵仅需6 h,菌种能耐受4%～5%的丁醇,发酵液中丁醇占总溶剂的90%(传统发酵法丁醇一般占60%),丁醇产量达4.5～5.0 g/(L·h),产率为40%～50%,比传统丁醇工艺产量提高400%～500%,生产成本不到0.264美元/L,车间成本500万～1 000万美元,而传统丙酮丁醇发酵法生产成本为2.5美元,传统发酵车间至少需要投资1亿美元[14]。
美国ButylFuel公司采用BFL公司专利生产的BioButanolTM,1 L玉米可产丁醇0.27 L,且无乙醇或丙酮产生,而目前报道的研究中1 L玉米最多能产丁醇0.14～0.20 L,且仍沿用ABE发酵过程。
据初步成本估算,用石油生产丁醇的成本为1.350美元/L,而用玉米产生物丁醇的价格为0.317美元/L(不包括所产氢气),可以和玉米产乙醇的0.338美元/L的价格相竞争。
当用饲料等废弃物代替玉米时,丁醇成本可降至0.225美元/L[15]。
3.2英国2006年,英国政府计划利用英格兰东部的甜菜生产生物丁醇,将其与传统汽油混合后,用作车辆驱动燃料,并计划加速丁醇和其他生物燃料的生产,使生物燃料销售份额到2010年占所有燃料的5%,到2015年占10%。
目前,第一个丁醇燃料工厂正由英国联合食品有限公司(ABNA)建造,设计生产能力为7 000万L/a,到2010年,丁醇燃料可在1 250个英国石油公司(British Petroleum,简称BP)、加油站销售[16]。
2007年2月,英国Oxfordshire-based Biotechnology公司接受英国贸易部和工业引导技术部投资25万英镑,其他股东和商业人士投资31万英镑,计划开发新一代低成本生物燃料———丁醇[17]。
3.3韩国为应对高油价,韩国产业资源部2007年表示,计划大力研发生化丁醇(Bio-butanol,直接替代汽油的生物燃料)、生物合成石油等下一代新能源技术和天然气固化储存和运输技术。
第一阶段从2007年至2010年3年内,计划投入200亿韩元开发上述技术,其中政府投资113亿韩元,由韩国化学研究院、GS精油、SK建设、三星综合技术院(SAIT)和汉城大学(Hansung University)等29个企业和研究机构共同参与。
一阶段研发结束时,将开发出生产能力3万L/a生化丁醇、35桶生物合成柴油和20 t固化天然气的成套设备[18]。
3.4中国国内的科研院所以及一些发酵企业也都开始着手丁醇的研究开发,开始这方面研究的科研院所有中国科学院上海植物生理生态研究所、上海工业微生物研究所、清华大学核能与新能源技术研究院等,其中中国科学院上海植物生理生态研究所“七五”期间承担过高丁醇比丙酮丁醇菌的选育,并成功选育出了7∶2∶1丙酮丁醇菌种。
相关的企业有河南天冠集团的子公司上海天之冠可再生能源有限公司、华北制药公司、河北冀州溶剂厂等,其中上海天之冠可再生能源有限公司和中国科学院上海植物生理生态研究所关于发酵法生产丙酮丁醇的项目已经申请了国家“973”、国家“863”计划以及中国科学院计划,项目的重点是构造高产、高底物选择性的丙酮丁醇菌种和开发新的发酵工艺,包括纤维质原料发酵生产丙酮丁醇、溶剂抽提耦联发酵技术以及研究先进的发酵过程装备等[19]。
4问题与展望4.4展中存在的问题及应对策略早早期的丁醇发酵工业因其成本高,不敌于石油化工产品而衰落,这也是当今限制其大规模发展的瓶颈所在,据业内专家分析,如果原油价格保持在40美元/桶以上,2011年以后,生物丁醇的市场机会将会超过10亿美元。
传统丁醇发酵产业普遍存在的问题有[11,20-21]:①丁醇产量、产率低。
由于丁醇对菌体的毒害作用,丁醇的质量浓度<13 g/L,丁醇产量<4.46g/(L·h),丁醇产率<25%(质量分数)。