第26卷第5期河北工業(yè)科技Vol. 26. No 52009年9月Hebei Journal of Industrial Science and TechnologySept 2009文章編號(hào):1008-1534(2009)050397-03非食用生物質(zhì)制燃料乙醇的研究現(xiàn)狀楊立彥,尚會(huì)建,鄭學(xué)明,王亮(河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院,河北石家莊050018)摘要:生物質(zhì)能源是清潔的可再生的能源,目前以非食用生物質(zhì)為原料來(lái)制取可再生的新能源——燃料乙醇受到了越來(lái)越多研究者的關(guān)注。重點(diǎn)介紹了從纖維素類生物質(zhì)制備燃料乙醇的發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵工藝,指出了其廣闊的發(fā)展前錄。關(guān)鍵詞:能源;非食用生物質(zhì);乙醇;纖維素;燃料中圖分類號(hào):TQ920文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AResearch development of using non-ediblebiomass to prepare ethanol fuelYANG Li-yan, SHANG Hui-jian, ZHENG Xue-ming, WAN Liang(College of Chemical and Pharmaceutical Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang Hebeistract: Biomass energy is clean and renewable energy. At present, using non-edible biomass as raw material to prepare re-newable ethanol fuel has been concerned by a growing number of researchers. This article focused on the preparation of ethanolfuel from cellulosic biomass and the development of the key technology, and pointed out its broad development prospects.Key words: energy: non-edible biomass; ethanol; cellulose; fuel隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展能源成為各國(guó)關(guān)心1國(guó)內(nèi)外燃料乙醇的發(fā)展現(xiàn)狀的大事。由于石油供應(yīng)量有限,所以人們開(kāi)始轉(zhuǎn)向其他能源的開(kāi)發(fā),如太陽(yáng)能、核能、氫能但此類能源燃料乙醇是指作為燃料添加到汽油、柴油中的消耗帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題十分嚴(yán)重。因此,如何開(kāi)乙醇,可部分替代石油,緩解石油資源短缺(,燃料發(fā)出新的清潔的能源來(lái)打破傳統(tǒng)能源的主導(dǎo)地位,乙醇作為一種新的能源,不僅清潔、可再生,而且凈逐漸提高生物燃料的使用比例就成為各國(guó)政府、專溫室效應(yīng)低。世界上第1個(gè)燃料乙醇項(xiàng)目—Pro家、學(xué)者共同關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題(1,以生物質(zhì)原料40千1975年誕生在巴酉;接下來(lái)在1973年美來(lái)制取燃料乙醇可有效緩解能源短缺的現(xiàn)狀,改善國(guó)、加拿大也開(kāi)展了類似的項(xiàng)目。目前開(kāi)展此項(xiàng)目和保護(hù)生態(tài)環(huán)境促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展口.燃料乙醇較為活躍的國(guó)家是美國(guó)和巴西,這2個(gè)國(guó)家乙醇作為一種最有前景的可再生能源越來(lái)越受到各國(guó)的產(chǎn)量占全球乙醇總產(chǎn)量的70%以上,巴西約關(guān)注,發(fā)展纖維素原料生產(chǎn)燃料乙醇具有顯著的經(jīng)409%的小汽車完全以乙醇為燃料2005年該國(guó)家的濟(jì)效益和社會(huì)效益。乙醇產(chǎn)量為1700萬(wàn)t,石油替代率已接近40%。2006中國(guó)煤化工dm3,出口30億。燃料乙醇計(jì)劃收稿日期:2008-1209;修回日期12009-03-03實(shí)任編輯:張士瑩的實(shí)施CNMHG.隨著各國(guó)加大作者簡(jiǎn)介;楊立彥(1984),女河北鹿泉人碩士研究生,主要從乙醇汽油應(yīng)用的力度,帶動(dòng)了世界燃料乙醇的產(chǎn)量事清潔能源方面的研究逐年攀升。最近幾年,由于石油價(jià)格的上漲,燃料乙398河北工業(yè)科技第26卷醇的消費(fèi)增長(zhǎng)也在提速{。3.2水解工藝目前,中國(guó)生物燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)取得了長(zhǎng)足目前以纖維素類生物質(zhì)為原料制取乙醇的工藝的進(jìn)步,華東理工大學(xué)從“八五”期間就開(kāi)始研究農(nóng)主要有濃酸水解、稀酸水解和酶水解17,它們有不林棄物生產(chǎn)燃料乙醇技術(shù),先后承擔(dān)了國(guó)家“八五”、同的機(jī)理“九五”“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目與“863”計(jì)劃項(xiàng)目,目3.2.1濃酸水解前已經(jīng)建成600t/a的酸水解法纖維乙醇生產(chǎn)中試濃酸水解的原理是結(jié)晶纖維素在較低溫度下可裝置,并通過(guò)了科技部的鑒定0。2006年,山東澤完全溶解在硫酸中,轉(zhuǎn)化成含幾個(gè)葡萄糖單元的低生生物科技公司宜布他們首創(chuàng)秸稈無(wú)污染爆破技聚糖[)。把此溶液加水稀釋并加熱,經(jīng)一定時(shí)間后術(shù),并在固態(tài)菌種發(fā)酵方面有了突破,即將建成就可把低聚糖水解為葡萄糖。濃酸水解的優(yōu)點(diǎn)是糖3000t/a的纖維素乙醇示范工程1).中國(guó)生物燃的回收率高(可達(dá)90%以上),可以處理不同的原料已經(jīng)具備了工業(yè)化的條件,黑龍江、吉林、遼寧河料,相對(duì)迅速(共10~12h)并極少降解,但對(duì)設(shè)備南、安徽5省及湖北河北、山東、江蘇省的部分地區(qū)要求高,且酸必須回收已基本實(shí)現(xiàn)車用乙醇汽油替代普通無(wú)鉛汽油[1。3.2.2稀酸水解2006年,中國(guó)燃料乙醇的產(chǎn)量達(dá)到144萬(wàn)t,成為世稀酸水解的機(jī)理是溶液中的氫離子可和纖維素界第三大燃料乙醇生產(chǎn)國(guó)口,燃料乙醇的前景非常上的氧原子相結(jié)合,使其變得不穩(wěn)定,容易和水反廣闊應(yīng),纖維素長(zhǎng)鏈即在該處斷裂,同時(shí)又放出氫離子,從而實(shí)現(xiàn)纖維素長(zhǎng)鏈的連續(xù)解聚,直到分解成為最2生產(chǎn)燃料乙醇的原料來(lái)源小的單元葡萄糖。稀酸水解原料處理時(shí)間短,且較燃料乙醇的生產(chǎn)原料有糖類、淀粉和纖維素其易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,但由于產(chǎn)生的糖會(huì)進(jìn)一步發(fā)生分解,因此影響了糖的收率1。產(chǎn)量受到糧食資源的限制,成本高,難以滿足能源需求。從國(guó)情出發(fā),能用于生產(chǎn)燃料乙醇的糧食更有2.3酶水解酶水解是生化反應(yīng),它有不少優(yōu)點(diǎn)。它在常溫限,因此必須尋找豐富而且廉價(jià)的原料來(lái)源,最近幾下進(jìn)行,微生物的培養(yǎng)與維持僅需要較少的原料,過(guò)年這方面的研究主要集中在纖維素上。程能耗低。酶有很高的選擇性,可生成單一產(chǎn)物,故纖維素類生物質(zhì)是世界上來(lái)源最為廣泛的生產(chǎn)糖產(chǎn)率很高(大于95%)燃料乙醇的生物質(zhì)原料,纖維素廢棄物的主要有機(jī)3.3發(fā)酵工藝成分包括半纖維素、纖維素和木質(zhì)素3部分。含木葡萄糖的發(fā)酵工藝已經(jīng)非常成熟了,但木質(zhì)纖質(zhì)纖維素的生物質(zhì)廢棄物包括農(nóng)作物秸稈、林業(yè)加維素類原料制酒精工藝中的發(fā)酵和以淀粉或糖為原工廢料、甘蔗渣及城市垃圾中所包含的廢棄生物質(zhì)料的發(fā)酵有很大的不同這主要表現(xiàn)在以下2點(diǎn)等。中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),一方面每年產(chǎn)生大量的生物是生物質(zhì)水解液中常含有對(duì)發(fā)酵微生物有害的組質(zhì)廢棄物未被充分利用,而且還常因就地焚燒而污分;二是水解糖液中含有較多的木糖染環(huán)境;另一方面,化石資源有限,不能滿足不斷增長(zhǎng)的燃料需求。所以在中國(guó)發(fā)展非食用生物質(zhì)制取4結(jié)語(yǔ)燃料乙醇技術(shù)更有意義(10。據(jù)有關(guān)專家估算,中國(guó)可開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)能資源總量約為7億t標(biāo)準(zhǔn)煤[1。燃料乙醇是一種巨大的可再生能源,發(fā)展包括燃料乙醇在內(nèi)的生物能源產(chǎn)業(yè)是解決石油短缺、環(huán)3燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)境污染問(wèn)題和促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展,加快社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的重要戰(zhàn)略舉措之一。以纖維素類生物質(zhì)為原纖維素類生物質(zhì)原料制燃料乙醇的生產(chǎn)工藝主料制取燃料乙醇,價(jià)格較為便宜雖然利用此原料生要包括預(yù)處理、水解和發(fā)酵幾個(gè)階段。產(chǎn)乙醇的實(shí)驗(yàn)工藝路線已經(jīng)開(kāi)發(fā),但當(dāng)前要實(shí)現(xiàn)工3.1預(yù)處理工藝業(yè)化生產(chǎn),在原料預(yù)處理、水解、發(fā)酵等各工藝過(guò)程預(yù)處理的主要目的是通過(guò)破壞木質(zhì)素和半纖維中還素來(lái)降低纖維素的結(jié)晶性,增加其多孔性,這樣難于中國(guó)煤化生產(chǎn)成本儡高和曼燃料乙醇還面臨才能使酶制劑與纖維素充分接觸,完成酶促反應(yīng)。著歷CNMHG面的問(wèn)題。然而隨目前所用的纖維素原料的預(yù)處理方法主要有物理著化石資源的漸趨枯竭發(fā)展燃料乙醇可能成為將法、化學(xué)法、物理化學(xué)結(jié)合法、生物法。來(lái)的一個(gè)主攻方向。實(shí)現(xiàn)非食用生物質(zhì)資源的高效第5期楊立彥等非食用生物質(zhì)制燃料乙醇的研究現(xiàn)狀開(kāi)發(fā)和利用將對(duì)改善中國(guó)生態(tài)環(huán)境,建立可持續(xù)發(fā)North Carolina State University, 2005.展的能源體系,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展具有重大[10]杜風(fēng)光史吉平張龍等纖維質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化研究影響進(jìn)展[J]中國(guó)麻業(yè)科學(xué),2007,29(1):7273.[11]武冬梅李寞新,孫新紀(jì)纖維素類物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的研究進(jìn)展[釀酒科技,2007(4):116-120參考文獻(xiàn)[12]李志軍生物燃料乙醇的發(fā)展現(xiàn)狀、問(wèn)題與政策建議[門技術(shù)[]吳根,白麗梅,于洋,等.生物質(zhì)轉(zhuǎn)化能源技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)濟(jì),2008,27(6):505及趨勢(shì)探討[門環(huán)境科學(xué)與管理,2008,33(1):166-168[13]胡偉生物質(zhì)燃料乙醇研究進(jìn)展[]科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2008[2]衛(wèi)民,劉天成蔣劍春生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)與應(yīng)用(W)[n(11):114生物質(zhì)化學(xué)工程,2008,42(3):64-69.[14]孫多志許慶利,王復(fù)等.木質(zhì)纖維素制取燃料乙醇水解工[3]馮薇新農(nóng)村以沼氣為紐帶開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)資源[農(nóng)機(jī)化藝技術(shù)進(jìn)展[門]河南化工,2008,25(4)14.研究,2008(2):204-206[15]王曉飛.我國(guó)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[].電力設(shè)備[4]陳輝陸善祥.生物質(zhì)制燃料乙醇[].石油化工,2007,362008,9(7):119-120[16]顏進(jìn)華纖維質(zhì)生物乙醇生產(chǎn)預(yù)處理及分析方法[節(jié)能技劉軍利蔣劍春論生物質(zhì)能源標(biāo)準(zhǔn)體系[J]生物質(zhì)化學(xué)工程,2007,41(2):53-56[17董平,邵偉.國(guó)外纖維素燃料乙醇研究動(dòng)態(tài)[現(xiàn)代化[6]馬現(xiàn)剛徐恒泳,李文釗,木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的研究進(jìn)展工,2008,28(10):8486[n.天然氣化工,2008,33(4):6064[18]朱躍釗,盧定強(qiáng)木質(zhì)纖維素預(yù)處理研究進(jìn)展[門生物加工過(guò)[7]倪舊國(guó)外燃料乙醇發(fā)展動(dòng)態(tài)[石油商技,2008(2):9-11程,2004(4):11-16.8]張敏,曹燕子,李志斌燃料乙醇研究薇況及發(fā)展前景[門潮191任錚偉,李庭系,張素平,等,纖維震制取乙醇技術(shù)[化學(xué)進(jìn)南科技學(xué)院學(xué)報(bào),2007,28(4):89-91展,2007,19(7):11291133.[9] 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