纖維質(zhì)原料制乙醇

1、纖維質(zhì)原料制乙醇基本概念基本概念國內(nèi)外生產(chǎn)情況生物法生物法熱化學(xué)法小結(jié)參考文獻(xiàn)一、生產(chǎn)概況1、基本概念（1）是什么（2）為什么（3）怎么做纖維質(zhì)原料是什么？制取的乙醇可以做什么？為什么要使用纖維質(zhì)原料制取乙醇？前景如何？怎么生產(chǎn)？是什么纖維質(zhì)原料纖維質(zhì)原料：即含纖維素的一類原料。它包括：農(nóng)作物下腳料森林和木材加工工業(yè)下腳料工廠纖維素和半纖維素下腳料城市生活纖維垃圾生物乙醇生物乙醇；指通過微生物的發(fā)酵將各種生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃料酒精。它可以單獨(dú)或與汽油混配制成乙醇汽油作為汽車燃料。有些資源造成嚴(yán)重環(huán)境污染有些資源造成嚴(yán)重環(huán)境污染纖維質(zhì)原料資源豐富，纖維質(zhì)原料資源豐富，絕大部分沒得到有效利用絕大部分沒得

2、到有效利用化石能源緊缺化石能源緊缺我國人口眾多，耕地面積逐年減少，我國人口眾多，耕地面積逐年減少，乙醇發(fā)酵工業(yè)成本劇增。乙醇發(fā)酵工業(yè)成本劇增。傳統(tǒng)的燃料發(fā)酵工業(yè)常以糧食傳統(tǒng)的燃料發(fā)酵工業(yè)常以糧食（玉米、大米、薯干）或糖蜜等為原料（玉米、大米、薯干）或糖蜜等為原料。為什么2 2、生產(chǎn)前景和國內(nèi)外的生產(chǎn)情況（1 1）生產(chǎn)前景纖維素發(fā)酵制燃料乙醇符合“不與人爭糧，不與糧爭奪地”原則，用以生產(chǎn)燃料乙醇，具有誘人的生產(chǎn)前景（2 2）國內(nèi)生產(chǎn)情況浙江大學(xué)主持的“利用農(nóng)業(yè)纖維廢棄物代替糧食生產(chǎn)酒精”的項(xiàng)目已在河北完成中試生產(chǎn)。華東理工大學(xué)于2005年已建成了纖維乙醇600噸/年的示范性工廠，轉(zhuǎn)化率達(dá)到70%

3、。（3 3）國外生產(chǎn)情況丹麥凱隆堡的因必肯（Inbicon）生物煉廠日前投入運(yùn)行。該工廠每年可以小麥秸稈為原料生產(chǎn)140萬加侖纖維素乙醇，使因必肯成為全球最大的纖維素乙醇生產(chǎn)商。二、生產(chǎn)方法生產(chǎn)方法熱化學(xué)法生物法生物法生物質(zhì)水解生物質(zhì)水解發(fā)酵工藝發(fā)酵工藝生物質(zhì)合成氣發(fā)酵工藝（1）熱化學(xué)法）熱化學(xué)法熱化學(xué)轉(zhuǎn)化碳水化合物為乙醇的新方法，是使反應(yīng)物的水溶液和金屬鹽的混合物反應(yīng)物的水溶液和金屬鹽的混合物，在升高溫度升高溫度的條件下，形成中間絡(luò)合物鹽形成中間絡(luò)合物鹽或金屬乳酸鹽或金屬乳酸鹽，當(dāng)有水存在時(shí)，絡(luò)合物鹽當(dāng)有水存在時(shí)，絡(luò)合物鹽經(jīng)高溫分解經(jīng)高溫分解.一步轉(zhuǎn)化成乙醇一步轉(zhuǎn)化成乙醇，同時(shí)生成金屬鹽并釋

4、放出二氧化碳?xì)怏w。熱化學(xué)法的催化劑催化劑是金屬鹽類金屬鹽類.比較好的是氧化物，氫氧化物.以及堿金屬和堿土金屬的碳酸鹽。適合本方法的原料來源極廣原料來源極廣，最常用的是糖類，單糖、多糖、低聚糖如莊稼的桿莖，木質(zhì)纖維素如木渣等.（2）生物質(zhì)合成氣發(fā)酵工藝）生物質(zhì)合成氣發(fā)酵工藝1、熱化學(xué)法與生物質(zhì)合成氣發(fā)酵工藝生物質(zhì)合成氣發(fā)酵工藝生產(chǎn)乙醇是一種由生物質(zhì)間接制備乙醇的方法，集成了熱化學(xué)和生物發(fā)酵2種工藝過程。首先，通過氣化反應(yīng)裝置把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成富含成富含CO、CO2和和H2的中間氣體的中間氣體。然后這些成分進(jìn)入氣體整合設(shè)備，轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)合成氣。成生物質(zhì)合成氣。整合后的合成氣進(jìn)入發(fā)酵設(shè)備后

5、通過細(xì)通過細(xì)菌的作用轉(zhuǎn)化為乙醇。菌的作用轉(zhuǎn)化為乙醇。2、生物質(zhì)水解發(fā)酵工藝工藝流程工藝流程（1）預(yù)處理（3）發(fā)酵）發(fā)酵（2）糖化）糖化（1）預(yù)處理 預(yù)處理的主要目的是降低纖降低纖維素的分子物質(zhì)，打開其密集維素的分子物質(zhì)，打開其密集的晶狀結(jié)構(gòu)，以利于進(jìn)一步的的晶狀結(jié)構(gòu)，以利于進(jìn)一步的分解和轉(zhuǎn)化分解和轉(zhuǎn)化。 預(yù)處理過程中，半纖維素通常直接被水解成了各種單糖（如木糖，阿拉伯糖等），剩下的不溶物質(zhì)主要是纖維素和木質(zhì)素。方法例證熱機(jī)械法碾磨、粉碎、抽取自動水解法蒸汽爆破、超臨界CO2爆破酸處理法稀酸（H2SO4、HCl）、濃酸、乙酸等堿處理法NaOH、堿性過氧化氫、氨水有機(jī)溶劑處理法甲醇、乙醇、丁醇苯（

6、2）糖化（水解）原理植物纖維素的水解主要是指纖維素和半纖維素的水解。纖維素的最終產(chǎn)物是葡萄糖：(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6半纖維素的最終產(chǎn)物：木聚糖、葡萄糖、己糖、戊糖：(C5H8O4)m + mH2O mC5H10O5(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6分類濃酸水解稀酸水解酶水解濃酸水解濃酸水解稀酸水解稀酸水解酶水解酶水解定義在濃度為41一42的鹽酸、65一72的硫酸或80一85的硝酸中將生物質(zhì)水解成單糖的方法。用10以內(nèi)的硫酸或鹽酸等無機(jī)酸為催化劑將纖維素、半纖維素水解成單糖的方法。利用纖維素酶對生物質(zhì)的纖維素進(jìn)行水解進(jìn)而發(fā)酵生成乙醇。機(jī)理結(jié)晶纖維素

7、在較低的溫度下可完全溶解于72的硫酸或42的鹽酸中，轉(zhuǎn)化成含幾個葡萄糖單元的低聚糖(主要是纖四糖)。把此溶液加水稀釋并加熱，經(jīng)一定時(shí)間后就可把纖四糖水解為葡萄糖。在纖維素的稀酸水解中，水中的氫離子可和纖維素上的氧原子相結(jié)合，使其變得不穩(wěn)定，容易和水反應(yīng)，使纖維素長鏈在該處斷裂，連續(xù)解聚，直到分解成葡萄糖，同時(shí)又放出氫離子。纖維素酶不是單一物質(zhì)，其主要成分為內(nèi)切葡萄糖酶、外切葡萄糖酶和一葡萄糖苷酶。其中內(nèi)切葡萄糖酶的作用是隨機(jī)地切割一1，4葡萄糖苷鍵，使纖維素長鍵斷裂；外切葡萄糖酶的作用是從纖維素長 鏈的還原端切割下葡萄糖和纖維素二糖；一葡萄糖苷酶的作用是把纖維二糖和短鏈低聚糖分解成葡萄糖。特點(diǎn)

8、糖的回收率高，最高可達(dá)90以上；所需時(shí)間長；所用的酸必須回收；對設(shè)備的腐蝕嚴(yán) 重，環(huán)境污染大。反應(yīng)溫度較高，條件劇烈；會得到對發(fā)酵有害的副產(chǎn)物；影響因素較多，糖產(chǎn)率較低，約為50一70。在常溫下進(jìn)行，過程能耗較低；酶的選擇性高，糖產(chǎn)率高，可大于95；提純過程簡單，無污染。所需時(shí)間長，一般需要幾天；酶的成產(chǎn)成本高，水解原料須經(jīng)預(yù)處理。濃酸水解濃酸水解稀酸水解稀酸水解纖維素 酸復(fù)合物 低聚糖 葡萄糖纖維素 水解纖維素 可溶性多糖 葡萄糖直接發(fā)酵法直接發(fā)酵法由纖維分解細(xì)菌直接發(fā)酵纖維素生成乙醇成本低廉，產(chǎn)率不高，有副產(chǎn)物產(chǎn)生水解發(fā)酵二段水解發(fā)酵二段法（法（SHF）先用纖維素酶水解纖維素，酶解得到的糖

9、液再進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)物乙醇受末端產(chǎn)物、低濃度細(xì)胞以及基質(zhì)的抑制。同步糖化發(fā)酵同步糖化發(fā)酵法（法（SSF）將纖維素酶解和乙醇發(fā)酵在同一個反應(yīng)器中進(jìn)行。簡化設(shè)備，降低污染，提高生產(chǎn)時(shí)間固定化細(xì)胞發(fā)固定化細(xì)胞發(fā)酵法酵法能夠使反應(yīng)器內(nèi)細(xì)胞密度增加，細(xì)胞連續(xù)可用，最終提高發(fā)酵液的乙醇濃度。常用載體：明膠、海藻酸鈉、卡拉膠等按發(fā)酵工藝分類按發(fā)酵工藝分類（3）發(fā)酵按發(fā)酵按發(fā)酵菌種分菌種分類類酵母乙醇酵母乙醇發(fā)酵法發(fā)酵法細(xì)菌乙醇細(xì)菌乙醇發(fā)酵法發(fā)酵法葡萄糖葡萄糖EMP丙丙酮酸酮酸乙醛醛脫羧乙醇乙醇還原C6H12O6 + 2ADP + 2H3PO4 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP（3）發(fā)酵 C6H12O6

10、+ ADP + H3PO4 2C2H5OH + CO2 + ATP無氧條件無氧條件葡萄糖葡萄糖磷酸化氧化6-磷磷酸葡萄糖酸葡萄糖酸酸脫水6-磷磷酸葡萄糖酸葡萄糖酶分解丙丙酮酮酸酸（后同左）小結(jié)纖維質(zhì)原料制乙醇纖維質(zhì)原料制乙醇生產(chǎn)情況生產(chǎn)情況生產(chǎn)方法生產(chǎn)方法熱化學(xué)法熱化學(xué)法生物法生物法預(yù)處理預(yù)處理糖化糖化（水解）（水解）發(fā)酵發(fā)酵濃酸解濃酸解稀酸解稀酸解酶解酶解酵母酵母乙醇乙醇發(fā)酵發(fā)酵細(xì)菌細(xì)菌乙醇乙醇發(fā)酵發(fā)酵參考文獻(xiàn)李天政.熱化學(xué)制乙醇新工藝N.PCT錢伯章.我國纖維素乙醇開發(fā)進(jìn)展J.化工新型材料（2009.3，第37卷第3期）P41-43張素平，顏涌捷，任錚偉，李庭琛.纖維素制取乙醇技術(shù)J.化學(xué)進(jìn)展（2007.08，第19卷第7/8期）P1129-1133董平.生物法制取纖維素乙醇技術(shù)J.現(xiàn)代化工(2011.10，第31卷增刊2）P40-44武冬梅，李翼