科技信息O高校講壇OSCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION2008年第14期燃料乙醇生產(chǎn)原料技術分析劉超超孫然李海亮(中國礦業(yè)大學江蘇徐州221008)【擴要】燃料乙醵,有校高辛烷值,按合適比例調(diào)入汽油中,會提高汽油的肀炕值,降低汽車尾氣中一氧化嚷和礦氨化合物的排放,減少環(huán)境污染。生產(chǎn)燃料乙醇的原料豐富,從糧食作物到經(jīng)濟作物再到新興的木質(zhì)纖維素。隨著降低生產(chǎn)成本的需求日益強烈,人們不斷尋求原料與生產(chǎn)工藝的最優(yōu)結(jié)合?！娟P鍵詞】燃料乙醇;生產(chǎn)原料;生產(chǎn)工藝隨著世界化石能源的日趨匱乏,石油類產(chǎn)品價格日益攀升,開發(fā)22邊糖化邊發(fā)酵種綠色可持續(xù)的能源已經(jīng)變得相當急迫。乙醇作為一種生產(chǎn)工藝成邊糖化邊發(fā)酵,主要是針對纖維素類原料,包括同時糖化戊糖單熟,生產(chǎn)原料來源廣泛的替代能源越來越受到人們的關注獨發(fā)酵(SSF)法和同時糖化共發(fā)酵(SSCF)法。兩者都是原料不經(jīng)過預乙醇既是一種基本的化工原料,又是一種綠色新能源。未來乙醇先糖化,而是預處理后直接進入發(fā)酵罐糖化和發(fā)酵在同一發(fā)酵罐中的市場方向?qū)⒅饕w現(xiàn)在二個方面:進行,但前者是水解和己糖發(fā)酵同時進行而分離出的戊糖單獨發(fā)酵、車用燃料,主要是乙醇汽油和乙醇柴油后者是水解戊糖、己糖發(fā)酵同時進行。這種操作方法免去了專門的糖二、作為燃料電池的燃料化工序,使發(fā)酵罐中糖液濃度始終保持較低濃度,從而減弱了產(chǎn)物對三、成為支撐現(xiàn)代以乙烯為原料的石化工業(yè)的基礎原料。酶的抑制作用,提高原料的轉(zhuǎn)化率生產(chǎn)過程比較平穩(wěn),設備的利用率1燃料乙醇生產(chǎn)原料狀況分析燃料乙醇生產(chǎn)原料種類豐富,主要分為以下幾種:糧食類作物經(jīng)同步糖化發(fā)酵法分為兩種類型:一種是采用酶糖化和微生物發(fā)酵濟類作物,木質(zhì)纖維素同步進行,目前研究用綠色木霉纖維素酶和酸酒酵母同步糖化發(fā)酵經(jīng)1.1糧食類作物汽爆處理后的毛白楊木粉,醇的轉(zhuǎn)化率比分步法提高了1.6倍(同步目前,市場上生產(chǎn)燃料乙醇較為成熟的技術主要是依靠玉米、小糖化發(fā)酵法醇的轉(zhuǎn)化率為86%,分步法為5375%)。另一種是糖化和麥等糧食類作物為生產(chǎn)原料。在我國,目前的燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)基本發(fā)酵都采用微生物同步進行即聯(lián)合生物加工工藝(CBP),但由于兩是以采購新糧進行生產(chǎn)的,但糧食產(chǎn)量的增長已遠不能滿足企業(yè)的生微生物之間存在互生、共生、寄生、拮抗、捕食等關系,因此必須找到一產(chǎn)需求。以糧食作物為原料生產(chǎn)燃料乙醇已引起了糧食短缺鑒于此,種和酵母菌能夠共生的微生物。研究表明,其有水解淀粉功能的酵母國家在《可再生能源發(fā)展“十一五"規(guī)劃》中明確了“非糧”的發(fā)展方向,蘸和釀酒酵母及擬內(nèi)胞霉菌和釀酒酵母同步糖化發(fā)酵淀粉,可使乙醇將采取措施逐步抑制以糧食為原料進行的燃料乙醇的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率達93%。此外,同步糖化發(fā)酵還可縮短生產(chǎn)周期但目前這兩種方法都還不成熟,存在較多的向題,以木質(zhì)纖維素以經(jīng)濟類作物甘蔗、高梁、木薯等生產(chǎn)燃料乙醇基本上解決了與生產(chǎn)燃料乙醇為例,用酶糖化時酶用量較大而酶價又較高,且酶無民爭糧的問題。此類作物產(chǎn)量高,含糖量高,抗旱,抗鹽堿,且生產(chǎn)成本法同收利用因此生產(chǎn)成本居高不下這就要求更新的預處理工藝進較低具有很大發(fā)展前景。尤其是木薯,有超常的氣候資源利用率,單一步降低纖維素的聚合度結(jié)品度,破壞木質(zhì)素、半纖維素的結(jié)合層位面積的光合作用能力和生物能量生產(chǎn)水平最高,適應性廣泛,淀粉脫去木質(zhì)素增加與酶接觸的有效比表面積以提高酬的催化效率減含量高等優(yōu)勢,生產(chǎn)成本較玉米為低。日前發(fā)展經(jīng)濟類作物存在的主少酶的用量。目前的預處理工藝從物理法的機械破壞微波或超聲波要問題是品種單一種性退化較嚴重,單產(chǎn)量低需要進一步改進種植等,化學法的酸或堿處理到物理化學結(jié)合方法的蒸汽爆破技術和氨技術,提高單產(chǎn)量冷凍爆破技術,再到新興的生物方法—一真菌處理(主要是木腐菌中13木質(zhì)纖維素的白腐菌、褐腐菌、軟腐菌),工藝在不斷的研究改進中。由于糖化和發(fā)從更長時期來看,糧食、經(jīng)濟作物只是生產(chǎn)燃料乙醇的過渡性原酵同時進行,而二者溫度的矛盾必然要求選育、馴化一株高溫發(fā)酵能料,還不足以改變中國整個能源結(jié)構(gòu)。承擔改變中國能源結(jié)構(gòu)重任的,力強的豳株。另外廢料的回收利用問題有待進一步解決CBP法不但是在全國比比皆是的以秸稈為代表的植物纖維。纖維素是地球上貯量存在以上問題還有糖化和發(fā)酵菌株的選育問題在生產(chǎn)過程中如何最豐富的有機物,我國每年農(nóng)作物秸稈約7億噸左右,若能有效的被避免雜菌污染的問題利用來生產(chǎn)乙醇,中國能源問題就能得到根本解決。但目前秸稈生產(chǎn)在生料發(fā)酵中一般也采用這種生產(chǎn)工藝。生料發(fā)酵是指原料不經(jīng)乙醇普遍面臨著技術不成熟(主要是纖維素分解成單糖)的問題因此過蒸煮直接進行糖化和發(fā)酵。省去了高溫蒸煮工藝,降低了能源的消國資源瓶頸將起到重要的作用。技術可減輕勞動強度6%以上,節(jié)約能源70%以上,增加出酒率40%以發(fā)展的眼光看,解決燃料乙醇大量使用時題的途徑以上,大大降低了生產(chǎn)成本將最終轉(zhuǎn)向纖維,依靠生物技術、基因技術等高新發(fā)展,通過篩23液化糖化連續(xù)發(fā)酵工藝選種植高能高產(chǎn)生物資源,利用我國大量農(nóng)業(yè)廢棄資源和工業(yè)廢棄連續(xù)式操作是指分批式操作進行到一定階段,一方面將基質(zhì)連續(xù)物資源,開發(fā)和實現(xiàn)利用纖維素生產(chǎn)酒精技術的產(chǎn)業(yè)化,可為燃料乙不斷的加入反應器內(nèi)另一方面又把反應物料連續(xù)不斷的取出,使反醇生產(chǎn)提供取之不盡的可再生植物原料。應條件(如反應液體積等)不隨時間變化的操作方式。具有易機械化2燃料乙醇生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀分析自動化操作,節(jié)約勞動力縮小反應器體積,縮短生產(chǎn)周期,減少操作21先糖化后發(fā)酵(SHF帶來的污染,產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定等優(yōu)點。但連續(xù)式培養(yǎng)要求原料品質(zhì)均傳統(tǒng)的乙醇生產(chǎn)工藝都是先糖化再發(fā)酵,即有機底物先被纖維素一,長時間發(fā)酵增加了雜菌污染或菌種變異的概率。而且反應過程較酶淀粉酶糖化酶水解為可發(fā)酵的糖液然后在酒精酵母的作用下生難挖制對設備和技術要求較高,因此,目前國內(nèi)還不能實現(xiàn)燃料乙醇成乙醇和二氧化碳。但由于糖化的理想溫度為50℃,而發(fā)酵的最佳溫的連續(xù)式發(fā)酵生產(chǎn)。度為28-35℃,一般不超過36℃,因此糖化的液需先冷卻到30℃以24固定化發(fā)酵下,才能進入發(fā)酵罐發(fā)酵,而酵母發(fā)酵為放熱,發(fā)酵罐也需要冷卻,這中國煤化工中的細胞濃度始縫樣要消耗大量冷卻水,再加上大量有機底物轉(zhuǎn)化后使產(chǎn)物濃度增加,保持很產(chǎn)物的積累會抑制酶的活性,使轉(zhuǎn)化率降低,因此既使設備利用寧降生速度快CNMHG游離細胞發(fā)醇細胞隨低,生產(chǎn)工藝復雜,又浪費了能源,加大了生成成本,在強調(diào)“節(jié)能高發(fā)酵液醇產(chǎn)生速度慢,發(fā)酵時效”的今天,這種方法必然不能滿足人們的要求但由于發(fā)酵的溫度不間長,且所用發(fā)酵罐多,設備利用率不高。研究釆用固定化休哈塔假絲高,對酵母繭的耐熱能力和高溫發(fā)酵能力要求也就不高酵母發(fā)酵楊木水解液,發(fā)酵15小時,糖的利用率達到(下轉(zhuǎn)第139頁科技售息O高校講壇OSCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION2008年第14期他選擇的。~與此相反,AP·秦勒就聲稱:“在我看來,這就是有關希特勒是否有意發(fā)動戰(zhàn)爭這個問題的關鍵。他并不是一心想要戰(zhàn)爭爆【參考文獻】發(fā),除非他可以使用某種聰明的詭計逃避戰(zhàn)爭,如同他曾經(jīng)選避國內(nèi)[戴耀先主編:《善意志軍事思想研究),北京:軍事科學出版社,199年版第戰(zhàn)爭一樣。啊奈教授也認為“泰勒的觀點有點過份”。不過,公正地講,764頁希特勒的個人因素是導致二戰(zhàn)的重要原因。[2]http://wwwwbbe.co.uk/dna/h2g2/a737705回顧歷史可以看到,希特勒上臺之后開始瘋狂的擴軍備戰(zhàn),他3]王為民、張曉:《意志強悍之謎》,北京解放軍文藝出版社,194年版第利用納粹擴張與集權的理念,打破《凡爾賽和約》對德國軍力的限制163頁魔術般地打造了一支現(xiàn)代化的龐大軍隊。尤其希特勒對閃擊戰(zhàn)實施的[4]馬駛:《閃擊戰(zhàn)的產(chǎn)生及演變:1870-1939年》,《軍事歷史研究》,1987年第4作用是不可忽視的。192年,希特勒曾說過,“下次戰(zhàn)爭將完全不同于[5(意)朱利奧杜黑曹教風華人杰譯:《制空權》,北京:解放軍出版社2005上次戰(zhàn)爭,步兵攻擊和密集隊形將過時持續(xù)多年在固定的戰(zhàn)線進行年版第154頁的呆板的正面攻擊將不會再現(xiàn)我斷定……我們將再次獲得機動作戰(zhàn)[6(蘇)謝·帕伊萬諾夫劉明杰等譯:《戰(zhàn)爭初期》,上海:上海譯文出版杜,1979的優(yōu)越性。叫1933年,希特勒在一次現(xiàn)代武器表演會上,當看到古德年版第43頁里安的一支摩托化坦克部隊通過訓練場時,不由得欣喜若狂,“這就是[7](倦)古德里安張云譯:《坦克一前進》北京:解放軍出版社,1981年版第我所希望的東西這就是我所需要的東西。叫所以,希特勒的思想與222頁古德里安的觀點不謀而合。后來古德里安關于組建專門裝甲師的建[8](德)額斯特沙伊貝特王豐譯:《這就是古德里安》,弗里德貝格:波聰一帕拉議,得到希特勒的積極支持,于1935年秋建立了德國也是世界上第斯出版社,第173頁[9]張海瞬等著:《第二次世界大戰(zhàn)經(jīng)驗與教調(diào)》,北京:世界知識出版社,1987年同時希特勒通過詭詐的權術,利用西方國家的緩靖政策,在英,第75頁[10]藹國軍事歷史研究局:《德意志帝國與第二次世界大故》(1),德意志出版國、法國蘇聯(lián)之間巧妙地周旋使他的敵人都認為希特勒最有可能成社,19年版,第413頁第635頁為自己的朋友。當他把一切后顧之憂解除之后,1939年9月希特勒(1](蘇)M杰列維揚科主編廈門大學外文系俄語教研室譯《第二次世界大酸發(fā)動了導致有6l個國家、20億人參戰(zhàn),5700萬人死亡的第二次世界史第2番,上海:上海譯文出版社,1981年版大戰(zhàn)把整個歐洲整個世界推進了血泊,給人類帶來了前所未有的巨[12]德國軍事歷史研究局:《德意志帝國與第二次世界大戰(zhàn))(1),擲意志出版大災難和痛苦。正因為希特勒對德國的控制是強有力的,以致于沒有杜1979年版第447473頁敢反對他的意志所以由德國發(fā)動的第二次世界大戰(zhàn)跟他有著直接3](美)小約瑟夫奈.張小明譯:《理解國際沖突一理論與歷史》(第五版),上的關系。正如伊恩科肖所講:“德國為了追求世界霸權要締結(jié)一個同海:上世紀出版集團,2005年版第112129頁盟,對抗一些強大的國家。這是一場以弱勝強的賭局,必然導致希特勒[14(蘇)列寧中共中央馬克思恩格斯列寧斯大林著作編譯局編譯:《列寧全改權和德國本身的毀滅?！虼讼Ｌ乩粘蔀橐晃痪哂谐谗攘Φ募繁本?人民文學出版社,1984年版第39卷第352頁[5]德)克勞斯費舍爾蕭韶工作室譯《納粹德國:一部新的歷史(下冊)南領袖正表明,德國不僅具有從未有過的毀滅力量而且本身也包含著京:江蘇人民出版社,2005年版第574頁自我毀滅的種子。叫兩所以希特勒就是一個將人類帶進戰(zhàn)爭深淵的悉[16 Taylor, AJ. P, The Origins of the Second World War 2nd ed. (Greenwich:魔,一個充滿擴張與集權理念的獨裁者,一個具有變態(tài)人格與復仇情Fame19281結(jié)的政治狂人。[17](英)查爾斯·梅辛杰王風譯:《閃擊戰(zhàn)》古斯塔夫呂貝出版社,1978年版綜上所述,正是由于資本主義的政治經(jīng)濟發(fā)展不平衡最終醞釀了[18(等)古德里安李夢云譯:《閃擊英雄》,北京:戰(zhàn)士出版杜,1981年版第25第二次世界大戰(zhàn),而德國民眾國家和民族的廂辱被野心家利用、人民希頁望擺脫經(jīng)濟困難的迫切、德意志文化傳統(tǒng)中的負面因素、英、法、美的緩9 an Kershaw." Hitler and the Nazi Dictatorship." in Mary Fulbrook, ed. German靖政策等等因素都加速了這一過程。1939年9月1日凌晨德國軍隊利 History since 180 London;Amod199p336用夜幕的掩護,在2300多架飛機的支援下,對波蘭發(fā)動突然襲擊,標志著場世界性的戰(zhàn)爭一第二次世界大戰(zhàn)的全面爆發(fā)[責任編輯:張艷芳]上第150頁)90%,酒精濃度為249g/L,發(fā)酵18小時,糖的利用率【參考文獻】達93%,酒精濃度超過理論值的90[]張遠欣燃料乙醉的發(fā)展狀況門甘肅科技2005,21(425高濃度發(fā)酵[2]蘇小軍,熊興耀譚興和劉明月燃料乙醇發(fā)酵技術研究進展朝南農(nóng)業(yè)大有人將高濃度乙醇發(fā)酵定義為,每1L發(fā)酵液中含有300g(30%學學報20034(wv)或更高可溶性固型物的乙醇發(fā)酵。一般情況下發(fā)酵所獲得的[3]韓德奇李偉張冬捧徐國類燃料乙醇的生產(chǎn)進展和應用探討門化工技術乙醇體積分數(shù)為8%-12%,而高濃度發(fā)酵可使乙醇的體積分數(shù)達到濟202.019158%以上。據(jù)研究,在20℃酸酒酵母能夠完全發(fā)酵含38%39%可溶[4張敏曹燕子李志斌燃料乙醇研究狀況及發(fā)展前景潮南科技學院學報性固形物的小麥糖化液,產(chǎn)生超過23%的酒糖。2007,28{4)5]武東梅李其新,孫新紀纖維素類物質(zhì)發(fā)醇生產(chǎn)燃料乙醇的研究進展門限由于乙醇是微生物代謝的產(chǎn)物其積累到一定程度對菌種有一定酒科技,200,1544的毒害作用,選育耐高乙醇度的繭株具有重要意義。因此國內(nèi)外對高[6]李家洲周曼芳廖俊杰陽元娥啤酒傳統(tǒng)間歌工藝與固定化酵母連續(xù)工藝濃度乙醇發(fā)酵的研究主要集中在兩個方面:一是高產(chǎn)和高耐受力菌種之比較廣東輕工職業(yè)技術學院學報2003,2的選育;二是發(fā)酵工藝條件的研究。[7]張素平顏涌捷任鐘偉李庭琛纖維素制取乙靜技術化學進展,2007,193結(jié)束語小目前燃料乙醇每噸的價格比石油高約1000元,因此開發(fā)新的生8】劉娜石痕蘭木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為燃料乙醇的研究進展仍現(xiàn)代化工,20025產(chǎn)技術,降低生產(chǎn)成本勢在必行。其可以從以下幾方面考慮:合理規(guī)劃燃料乙醉的生產(chǎn)規(guī)模降低原料的費用;新型菌株的開發(fā)與應用;生產(chǎn)9王威樹彪壁芳燃料乙醇的液化糖化連續(xù)酵工藝酸酒200310工藝過程的合理設計與改進:新型高效生產(chǎn)設備的設計與選用產(chǎn)物05國君,武國慶,都小明我國燃料乙醇生產(chǎn)技術的現(xiàn)狀與展望門化工進分離;副產(chǎn)物、產(chǎn)品的加工利用;廢液處理[11]馬曉建,孫風杰劉龍飛降低燃料乙醇生產(chǎn)成本若干問題的分析門河南化燃料乙醇作為綠色可再生能源不僅可以使使用石油的時代得以工,203949延長,更為我們發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟展現(xiàn)出一條現(xiàn)實通道,它完[12]侯保中國煤化工酒精發(fā)陰酒科技全可以形成一個充滿活力的全新產(chǎn)業(yè)、戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)、環(huán)保產(chǎn)業(yè)和希望產(chǎn)2005,493業(yè)。從煤炭的發(fā)現(xiàn)到煤化工從石油的開采到石油化工,是大自然賦于[13]夏明HCNMHG維素糖類的研究食品人類的發(fā)展機遇;從乙醇的開發(fā)到乙醇化工,實現(xiàn)資源的水續(xù)利用,將與發(fā)酵工業(yè)是人類實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展更加精彩的創(chuàng)造[貴任端輯:田瑞高