年產(chǎn)1萬(wàn)噸秸稈乙醇項(xiàng)目建議書(shū).doc

0 0 年產(chǎn)年產(chǎn) 1 1 萬(wàn)噸秸稈乙醇生產(chǎn)線建設(shè)萬(wàn)噸秸稈乙醇生產(chǎn)線建設(shè) 項(xiàng)目建議書(shū)項(xiàng)目建議書(shū) 項(xiàng)目編制單位 項(xiàng)目編制單位 項(xiàng)目申報(bào)單位 項(xiàng)目申報(bào)單位 二二 0 0 一四年七月一四年七月 目目 錄錄 一 項(xiàng)目概 述 1 二 技術(shù)的可行性分 析 3 1 秸桿燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn) 狀 3 2 生產(chǎn)技術(shù)概 述 6 1 原 料 7 2 預(yù)處 理 7 3 纖維素酶及酶水 解 9 4 發(fā) 酵 10 5 蒸餾 脫水和變 性 11 6 污水處 理 11 三 我場(chǎng)秸桿資源分 析 12 四 項(xiàng)目建設(shè)的技術(shù)方 案 14 五 項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)分 析 16 六 存在的問(wèn) 題 19 七 項(xiàng)目建 議 20 主要參考文 獻(xiàn) 23 4 4 農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)燃料乙醇項(xiàng)目農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)燃料乙醇項(xiàng)目 一 一 項(xiàng)目概述項(xiàng)目概述 能源是人類生存和發(fā)展的基本需求 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù) 高速發(fā)展 用以支撐社會(huì)進(jìn)步的一次能源的代表 石油 已成 為現(xiàn)代文明賴以生存的 血液 然而 地球上的一次能源是有 限的 不可再生的 并且已呈逐漸枯竭之勢(shì) 據(jù)聯(lián)合國(guó)能源組織 多次評(píng)估 再過(guò) 50 年左右 地球上的石油儲(chǔ)量大工業(yè)化開(kāi)采將趨 結(jié)束 能源短缺已是現(xiàn)代社會(huì)面臨的一個(gè)重大問(wèn)題 為了尋求 替代能源 幾十年來(lái) 人們做出了不懈努力 通過(guò)大量的研究 對(duì) 比和實(shí)踐 來(lái)尋找可方便制取 使用的可再生能源 近些年來(lái) 世界將目光集中到生物燃料乙醇上來(lái) 我國(guó)對(duì)生物燃料乙醇發(fā)展特別謹(jǐn)慎 在 2008 年 6 月召開(kāi)的 全球糧食安全高級(jí)別會(huì)議上 我國(guó)表示 將堅(jiān)持走有中國(guó)特色的 生物能源發(fā)展道路 堅(jiān)持 不與人爭(zhēng)糧 不與糧爭(zhēng)地 的原則 嚴(yán)格控制用玉米 油料等糧油產(chǎn)品生產(chǎn)生物燃料 堅(jiān)持充分利用 秸稈 畜禽糞便等農(nóng)業(yè)農(nóng)村廢棄物發(fā)展生物質(zhì)能源 農(nóng)村廢棄物如稻草 玉米秸稈 麥秸 蔗渣及森林工業(yè)副 產(chǎn)品等具有來(lái)源豐富 品種多 再生時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn) 目前沒(méi)有 得到充分利用 而且常常造成環(huán)境污染 據(jù)統(tǒng)計(jì) 全世界每年 可生產(chǎn)生物質(zhì) 2200 108t 相當(dāng)于目前世界能源消耗的 8 10 倍 我國(guó)纖維素類可再生資源非常豐富 僅農(nóng)作物的秸稈就有 7 108 t 因此 如何成功地開(kāi)發(fā)這一資源作為液體燃料 已 成為世界各國(guó)普遍重視的研究課題 乙醇是來(lái)自可再生資源的最有發(fā)展前景的液體燃料 但目 前生物法生產(chǎn)的乙醇還主要來(lái)自糖類和淀粉發(fā)酵 面對(duì)世界人 口的急劇膨脹和糧食短缺 用糧食生產(chǎn)酒精的發(fā)展將受到限制 近年來(lái) 利用生物技術(shù)轉(zhuǎn)化農(nóng)業(yè)廢棄物秸桿中的纖維素生成酒 精的工藝因其具有循環(huán)經(jīng)濟(jì)和低碳經(jīng)濟(jì) 作物的光合作用取碳 于大氣 而作為燃料則把碳放回大氣 實(shí)際是 無(wú)碳經(jīng)濟(jì) 的特征 以及不與糧爭(zhēng)地和變廢為寶的特點(diǎn) 而引起了人們的 濃厚興趣 被認(rèn)為具有良好的發(fā)展前景 燃料乙醇的使用 可 減少原油的消耗 保護(hù)寶貴的不可再生資源 可以顯著提高汽 油的辛烷值 防止發(fā)動(dòng)機(jī)爆震 減少運(yùn)輸設(shè)備的損耗 可以減 少汽車尾氣中 C02 CO S02 等對(duì)環(huán)境的污染 尤其可大量減 少臭氧排放量 保護(hù)地球大氣環(huán)境 因此 這項(xiàng)技術(shù)也更符合 我國(guó)的國(guó)情 事實(shí)上 自 20 世紀(jì) 60 年代第一次能源危機(jī)以后 許多發(fā) 達(dá)國(guó)家和部分發(fā)展中國(guó)家即根據(jù)各國(guó)具體資源情況著手燃料乙 醇的開(kāi)發(fā) 如美國(guó)以玉米為主 而巴西 印度等以糖蜜為主 在美國(guó)每年生產(chǎn)的燃料乙醇在 500 萬(wàn)噸以上 在巴西 汽車所 需燃料的 43 以上已使用燃料乙醇 燃料乙醇的使用不僅減少 了該國(guó)對(duì)進(jìn)口石油的依賴 還為該國(guó)創(chuàng)造 500 萬(wàn)人的就業(yè)機(jī)會(huì) 在我國(guó) 燃料乙醇的生產(chǎn)與使用問(wèn)題已提出多年 引起了 黨中央和國(guó)務(wù)院的高度重視 明確要求加快燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā) 展 秸桿燃料乙醇以玉米 水稻等農(nóng)作物秸桿為原料 經(jīng)預(yù)處 理 水解 發(fā)酵 蒸餾和脫水等工藝而制成 乙醇脫水后得到 無(wú)水乙醇 99 5 V V 它是一種高熱值燃料 每千克發(fā)熱能 2 97x104kj 無(wú)水乙醇添加適量變性劑后形成變性燃料乙醇 再 把變性燃料乙醇和汽油以一定的比例混配形成車用乙醇汽油 將 乙醇按 10 15 的比例加入汽油中作為燃料 現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)不 經(jīng)過(guò)任何改裝即可正常運(yùn)行 農(nóng)作物秸稈燃料乙醇的生產(chǎn)與使用 對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展有其 重要的作用 我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó) 農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量約為 7 億噸 年 居世界首位 農(nóng)作物秸稈的主要成分為纖維素 半纖維素 和木質(zhì)素 是一種寶貴的可再生資源 目前 我國(guó)秸稈的主要 用途是造紙 飼料 農(nóng)村生活能源 還有一部分用來(lái)還田造肥 另有約 15 6 的秸稈被廢棄或焚燒 利用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)燃料 乙醇 既能解決原料問(wèn)題 又能變廢為寶 增加農(nóng)民收入 我場(chǎng)秸桿資料更加豐富 除少部分還田和做為生活燃料外 大部分焚燒了 造成了環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi) 二 技術(shù)的可行性分析二 技術(shù)的可行性分析 1 秸桿燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀 秸桿燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀 成熟的技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的前提 以秸桿為原料生產(chǎn) 乙醇是國(guó)內(nèi)外十分關(guān)注的課題 國(guó)內(nèi)以農(nóng)林廢棄物為原料制備燃料乙醇的研究單位很多 并取得了可喜的成果 中科院過(guò)程所開(kāi)發(fā)了秸稈酶解發(fā)酵燃料 乙醇新技術(shù) 在不加酸堿的秸稈汽爆處理技術(shù) 秸稈固相酶解 發(fā)酵氣提分離乙醇耦合體系和纖維素酶固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)等方面取 得了多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 并完成了 3000t a 秸稈發(fā)酵生產(chǎn)燃料 乙醇的中試 廈門大學(xué)通過(guò)化學(xué)誘變和物理誘變方法 對(duì)灰綠曲霉等分 解菌株進(jìn)行突變 獲得高活力的突變株 其活性比出發(fā)菌株高 50 篩選的酵母菌株用于秸稈制乙醇轉(zhuǎn)化率大于 10 利用灰 綠曲霉對(duì)甘蔗渣 稻草秸稈進(jìn)行分解 蔗糖的轉(zhuǎn)化率可達(dá) 40 稻草秸稈的轉(zhuǎn)化率達(dá) 45 河南天冠集團(tuán)與山東大學(xué) 浙江大學(xué)等合作 攻克了利用 秸稈為原料制備乙醇的關(guān)鍵技術(shù) 使原料轉(zhuǎn)化率超過(guò)了 18 完成了 300t a 的中試 山東大學(xué)開(kāi)發(fā)了從原料玉米芯生產(chǎn)低聚木糖 木糖醇的技 術(shù) 以廢渣為原料的乙醇收率高達(dá) 20 以上 已完成了 3000t a 中試 華東理工大學(xué)完成了 600t a 以秸稈為原料生產(chǎn)燃料乙醇的 中試 清華大學(xué)也完成了以秸稈為原料制備燃料乙醇的中試 此外 中國(guó)農(nóng)林科學(xué)院麻類研究所和陜西師范大學(xué)合作開(kāi) 展麻類纖維素預(yù)處理 糖化液酵解制備燃料乙醇的研究 將超 臨界二氧化碳 酶法脫膠 微生物發(fā)酵技術(shù)和酶工程有機(jī)結(jié)合 在一起 該技術(shù)可使麻類 玉米芯和蘆葦?shù)目偺寝D(zhuǎn)化率達(dá) 67 糖醇轉(zhuǎn)化率達(dá) 43 這些研究為以農(nóng)林廢棄物作原料生產(chǎn)燃料乙醇打下了良好 的基礎(chǔ) 從現(xiàn)有的技術(shù)分析 采用酶水解技術(shù)更為合適 與酸 水解相比 酶水解可在常壓下進(jìn)行 能量消耗低 產(chǎn)率較高 但是由于國(guó)內(nèi)在酶生產(chǎn)技術(shù) 戊糖發(fā)酵菌株構(gòu)建等方面還沒(méi)有 取得根本性突破 生產(chǎn)技術(shù)尚未完全成熟 目前國(guó)內(nèi)所進(jìn)行的 中試研究 每噸燃料乙醇消耗原料都在 6t 以上 生產(chǎn)成本在 5000 6500 元 t 還不適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn) 據(jù)悉 今后在技術(shù)上 的研究重點(diǎn)為 原料的預(yù)處理技術(shù) 農(nóng)林廢棄物的主要成分 是纖維素 半纖維素 木質(zhì)素 只有纖維素能被降解轉(zhuǎn)化為乙 醇 因此要開(kāi)發(fā)高效的原料預(yù)處理技術(shù) 從農(nóng)林廢棄物中獲得 最大量的纖維素 開(kāi)發(fā)高活性的纖維素酶 纖維素酶存在生 產(chǎn)效率低和生產(chǎn)成本高的問(wèn)題 目前生產(chǎn) 1gal 1gal 3 785L 乙醇纖維素酶的費(fèi)用為 30 50 美分 必須研究開(kāi)發(fā)高活性的纖 維素酶 使纖維素酶的成本降到 5 美分 gal 乙醇才具競(jìng)爭(zhēng)力 開(kāi)發(fā)高效的發(fā)酵和分離提取工藝 目前燃料乙醇生產(chǎn)存在原 料消耗 能耗高 轉(zhuǎn)化率 收率低的問(wèn)題 應(yīng)開(kāi)發(fā)高效的發(fā)酵 和分離提取技術(shù)和工藝 降低原料消耗和能耗 提高轉(zhuǎn)化率和 收率 國(guó)際上 已有國(guó)家在研發(fā)試驗(yàn)以纖維素為原料的燃料乙醇 生產(chǎn)技術(shù) 加拿大 Iogen 公司在纖維乙醇技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域居世界 領(lǐng)先地位 于 2008 年率先建成世界第一座工業(yè)規(guī)模纖維乙醇綜 合廠 殼牌投資 4600 萬(wàn)美元 建設(shè)年產(chǎn) 20 萬(wàn) t 燃料乙醇的商 業(yè)化生產(chǎn)線 德國(guó)正在開(kāi)發(fā)使用木材和麥稈等生產(chǎn)高級(jí)柴油的 技術(shù) 美國(guó)能源部也支持了一個(gè)投資巨大的纖維素乙醇中試及 產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)項(xiàng)目 旨在利用木材 稻草 玉米秸等纖維素廢料 生產(chǎn)燃料乙醇 其中僅發(fā)展高效纖維素水解酶技術(shù)的公司就獲 得能源部的 3200 萬(wàn)美元的政府撥款資助 在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的扶持下 我國(guó)正逐步開(kāi)展以纖維為原料 生產(chǎn)燃料乙醇的工作 2006 年 8 月 河南天冠集團(tuán)開(kāi)始建設(shè)年產(chǎn) 3000 噸的纖維 素乙醇項(xiàng)目 這是國(guó)內(nèi)首條纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線 這一生 產(chǎn)線的建設(shè)與投入使用 將使得利用農(nóng)作物秸稈類纖維質(zhì)原料 生產(chǎn)乙醇成為現(xiàn)實(shí) 其意義非常深遠(yuǎn) 由于受規(guī)模限制 纖維 乙醇的生產(chǎn)成本高達(dá) 6000 至 6500 元 噸 按當(dāng)時(shí)成本計(jì)算 比 小麥為原料生產(chǎn)燃油乙醇的成本高 500 元至 1000 元 但是隨著 試驗(yàn)成功 產(chǎn)能擴(kuò)大后 成本有望降低 中糧集團(tuán) 500 t a 纖維素中試裝置于 2006 年 11 月 22 日一 次試車成功 在世界上首次將連續(xù)汽爆技術(shù)應(yīng)用于纖維乙醇生 產(chǎn) 所用纖維素酶是中糧集團(tuán)與丹麥諾維信公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的 從試驗(yàn)結(jié)果看各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平 以秸桿為原料生產(chǎn)乙醇首先面臨的是原料體積龐大 收集 運(yùn)輸 儲(chǔ)存問(wèn)題需很好解決 其次是原料木質(zhì)素含量較高 當(dāng) 采用酸解預(yù)處理時(shí)所產(chǎn)生的酸性廢水必須好好解決 最后是酶 制劑所占成本比重很大 導(dǎo)致燃料乙醇成本偏高 2 生產(chǎn)技術(shù)概述 生產(chǎn)技術(shù)概述 以秸桿為原料生產(chǎn)乙醇的工藝為 秸稈 預(yù)處理 有酸處理 法 蒸汽爆破法 濕氧化法等 水解工藝 有稀酸 濃酸 酶水 解 發(fā)酵 有同步糖化發(fā)酵法 固定化細(xì)胞發(fā)酵 木糖發(fā)酵 出池 蒸餾 脫水 變性處理 燃料乙醇 1 1 原料 原料 農(nóng)作物秸稈主要是由纖維素 半纖維素和木質(zhì)素三大部分 組成 纖維素的化學(xué)組成十分簡(jiǎn)單 是由 D 一葡萄糖通過(guò) 1 4 苷鍵連接而成的線型結(jié)晶高聚物 它容易被纖維素酶 水解 產(chǎn)生葡萄糖 進(jìn)而通過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇 是生產(chǎn)農(nóng)作物秸 稈燃料乙醇的主要物質(zhì) 其含量約占總量的 40 50 半纖 維素在結(jié)構(gòu)和組成上變化很大 一般由較短 高度分枝的雜多 糖鏈組成 鏈上連接著數(shù)量不等的甲?；鸵阴；?其分支結(jié) 構(gòu)使半纖維素?zé)o定形化 比較容易被水解成其組成的糖類 但 其所含的五碳糖不能被發(fā)酵利用 含量約占總量的 20 30 木質(zhì)素是以苯丙基為基本結(jié)構(gòu)單元連接而成的高分 枝多分散性高聚物 非常難于被降解 纖維素是細(xì)胞壁的主要成 份 在纖維素的周圍充填著半纖維素和木質(zhì)素 阻礙了纖維素 酶同纖維素分子的直接接觸 可用于轉(zhuǎn)化成酒精的生物質(zhì)資源除農(nóng)作物秸桿外 還包括 針葉材 闊葉材 森林加工剩余物 農(nóng)林廢棄物以及城市纖維 垃圾等 其原料成分分析如表 1 通過(guò)化學(xué)和生物化學(xué)的方法 可將纖維素和半纖維素水解成單糖 繼而發(fā)酵成酒精 2 2 預(yù)處理 預(yù)處理 植物細(xì)胞壁中 微纖絲被半纖維素和木質(zhì)素通過(guò)物理和化 學(xué)作用所包裹 不利于纖維素酶對(duì)纖維素的進(jìn)攻 未經(jīng)預(yù)處理 的植物纖維原料的天然結(jié)構(gòu)存在許多物理和化學(xué)的屏障作用 纖維素酶水解得率低 僅為 10 20 左右 植物纖維原料在 酶水解前必須經(jīng)過(guò)預(yù)處理 達(dá)到細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)破壞 包括破壞纖維 素 木質(zhì)素 半纖維素之間的連接 降低纖維素的結(jié)晶度和除去 表 1 植物纖維原料的組成 單位 干基 原料纖維素戊聚糖木質(zhì)素苯醇提取物灰分 玉米桿 40 122 318 85 13 9 稻 草 36 520 617 63 65 8 樺 木 41 830 420 43 00 3 紅 松 37 79 5257 50 3 木質(zhì)素或半纖維素 增加纖維素比表面積的目的 以便適合于 纖維素酶的作用 植物纖維原料預(yù)處理的方法很多 包括物理 法 化學(xué)法 生物化學(xué)法以及以上幾種方法的聯(lián)合作用 各種 預(yù)處理的方法如表 2 物理法預(yù)處理需要較多能量 預(yù)處理成本高 而且水解得 率低 化學(xué)法預(yù)處理的不利因素是處理后的原料在產(chǎn)酶或酶解 前需用酸或堿中和 產(chǎn)酶時(shí)間較長(zhǎng) 利用白腐菌預(yù)處理的一個(gè) 主要缺點(diǎn)是白腐菌在除去木質(zhì)素的同時(shí)分解消耗部分纖維素和 半纖維素 因此 物理法 化學(xué)法 生物法都不適合作為工業(yè) 化生產(chǎn)的 表 2 植物纖維原料的預(yù)處理方法 物理法化學(xué)法生物法聯(lián)合法 射線處理鹽酸水解白腐菌蒸汽爆碎法機(jī)械 磨碎法硫酸水解高溫機(jī)械磨碎法 醋酸水解堿 機(jī)械磨碎法 氫氧化鈉二氧化硫 蒸汽爆碎法 預(yù)處理方法 在各種預(yù)處理方法中 蒸汽爆碎法適合于植物纖 維原料的預(yù)處理 在蒸汽爆碎過(guò)程中 物理和化學(xué)的作用使半 纖維素水解成單糖和寡糖 部分木質(zhì)素溶解而使得原料適合于 纖維素酶的作用 蒸汽爆碎預(yù)處理的機(jī)理目前還不十分清楚 瑞典隆德大學(xué) 的 puri 認(rèn)為 在蒸汽爆碎過(guò)程中 醋酸自水解是一個(gè)十分重要 的反應(yīng) 但 Brownell 等發(fā)現(xiàn)半纖維素鏈上含乙酰基較少的原料 蒸汽爆碎預(yù)處理后酶水解仍能達(dá)到理想的效果 雖然植物纖維 原料在蒸汽爆碎過(guò)程中的詳細(xì)變化還不十分清楚 但在蒸汽爆 碎過(guò)程中 將發(fā)生以下變化 細(xì)胞結(jié)構(gòu)破環(huán) 纖維素結(jié)晶度和 聚合度下降 半纖維素通過(guò)自水解作用轉(zhuǎn)變成單糖和寡糖 纖 維素 半纖維素 木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)破壞 部分木質(zhì)素的 芳醚鍵 斷裂且木質(zhì)素發(fā)生部分縮合作用 3 3 纖維素酶及酶水解 纖維素酶及酶水解 纖維素酶是降解纖維素成為其葡萄糖單體所需的一組酶的 總稱 它不是單種酶 而是起協(xié)同作用的多組分酶系 一般認(rèn) 為主要包括三類酶組分 內(nèi)切葡聚糖酶 EG 外切葡聚糖酶 CBH 和纖維二糖酶 CB 它們的水解機(jī)理是 EG 以隨機(jī) 形式水解 1 4 葡聚糖 作用于較長(zhǎng)的纖維素鏈 對(duì)末端鍵 的敏感性比中間鍵小 主要產(chǎn)物是纖維糊精 CBH 能從纖維素 鏈的非還原端或者還原端一個(gè)一個(gè)地依次切下纖維二糖單位 CB 能水解纖維二糖和短鏈的纖維寡糖生成葡萄糖 4 4 發(fā)酵 發(fā)酵 發(fā)酵是在無(wú)氧條件下 微生物 即酵母菌 分解葡萄糖等 有機(jī)物 產(chǎn)生酒精和二氧化碳等不徹底氧化產(chǎn)物 同時(shí)釋放出少 量能量的過(guò)程 其化學(xué)反應(yīng)式為 C6H12O6 2C2H5OH 2CO2 2 ATP 放出能量 118 kJ mol 文字式為 糖 葡萄糖 果糖 或蔗糖 醇類 乙醇 二氧化碳 能量 ATP 對(duì)于纖維材料的生物利用總的來(lái)說(shuō)可分為二類 一類是先 經(jīng)纖維素酶或半纖維素酶水解產(chǎn)生葡萄糖 木糖等發(fā)酵性糖 再由另外一類微生物 如酵母菌 發(fā)酵產(chǎn)生乙醇等物質(zhì) 即二步 發(fā)酵法 第二類是經(jīng)過(guò)一個(gè)步驟即可將纖維性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙醇 其中又分為有二種微生物參與的同時(shí)糖化發(fā)酵和僅用一個(gè)菌株 的直接發(fā)酵法兩種 二步發(fā)酵法是先由微生物 多數(shù)為絲狀真菌 在 纖維性材料上產(chǎn)生纖維素酶和半纖維素酶 然后進(jìn)行酶解纖維 素 半纖維素產(chǎn)生糖 再由酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生乙醇 即產(chǎn)酶 酶解 發(fā)酵三個(gè)步驟 這三個(gè)步驟所需要的條件各不相同 如溫度 整個(gè)過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間較長(zhǎng) 需要二種微生物的作用 在工藝上 較復(fù)雜 實(shí)際生產(chǎn)中很難應(yīng)用 利用二株菌的同時(shí)糖化發(fā)酵法 與兩步法相比 可消除酶解時(shí)產(chǎn)物對(duì)酶解作用的抑制 縮短了 發(fā)酵時(shí)間 但仍需二種微生物的分別作用 自 20 世紀(jì)八十年代 以來(lái) 直接發(fā)酵法得到國(guó)內(nèi)外同行的重視 它是僅利用一種微 生物產(chǎn)生的纖維素酶和半纖維素酶酶解產(chǎn)生的糖仍由同一株菌 來(lái)完成發(fā)酵的過(guò)程 此方法工藝簡(jiǎn)單 歷時(shí)短 對(duì)纖維性材料 的生物法全利用有很大實(shí)際意義 5 5 蒸餾 脫水和變性 蒸餾 脫水和變性 蒸餾法是用來(lái)提高液體酒精度的一種工業(yè)生產(chǎn)方法 即先 給含水較多的酒精加熱使它汽化 把蒸氣引出 再經(jīng)過(guò)冷凝管 冷卻液化成純度較高的酒精溶液 是一種化工操作的基本方法 脫水是將酒精由共沸物 含乙醇 95 5 提高至 99 5 的加 工過(guò)程 這一過(guò)程的技術(shù)含量高 目前有汽化膜脫水 真空蒸 餾 化學(xué)反應(yīng)脫水 氣相分子篩脫水 三元共沸物蒸餾脫水 稱 Melle 法 和萃取蒸餾等工藝 乙醇變性處理是指加入 2 一 5 v v 的變性劑 車用無(wú)鉛汽 油 后 使其成為與食用酒精相區(qū)別而不能飲用的燃料乙醇 此 外還要加入微量的金屬防銹劑 6 6 污水處理 污水處理 目前我國(guó)以玉米為原料生產(chǎn)燃料乙醇的過(guò)程中排出大量高 濃度有機(jī)廢水 生產(chǎn) 1t 燃料乙醇排放廢水約 11 13t 其中 COD 含量一般都在 8 萬(wàn) 12 萬(wàn) mg L 最高達(dá) 17 萬(wàn) mg L 硫酸根濃 度為 5000 8000mg L 有的高達(dá) 1 2 萬(wàn) mg L 如果以農(nóng)林廢棄 物為原料生產(chǎn)燃料乙醇 排放的廢水量更大 較先進(jìn)的污水處理工藝是采用 厭氧 好氧結(jié)合 工藝對(duì)生產(chǎn) 和生活污水進(jìn)行治理 處理后排放出水的水質(zhì)達(dá)到國(guó)家 污水綜合 排放標(biāo)準(zhǔn) GB8978 1996 中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 此工程包括 收集池 好氧 工藝處理污水 發(fā)酵產(chǎn)沼氣 生產(chǎn)用燃煤蒸汽鍋爐進(jìn)行燃?xì)飧脑?濾液經(jīng)好氧處理后污染物穩(wěn)定就可達(dá)標(biāo)排放 可大量減少 COD 排放 量 大大促進(jìn)了廢物減量化 資源化和無(wú)害化 其經(jīng)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生 的沼氣經(jīng)氣水分離及脫 S 處理后送儲(chǔ)氣罐 通過(guò)管道則可用于鍋爐 燃料 據(jù)資料介紹 每生產(chǎn) 1 噸乙醇所產(chǎn)的廢水可產(chǎn)沼氣 190m3 220m3 每立方米沼氣的熱值相當(dāng)于 1 公斤標(biāo)煤 故每產(chǎn)一噸乙醇可 節(jié)約燃煤 200 公斤 三 我縣秸桿資源分析三 我縣秸桿資源分析 我縣是農(nóng)業(yè)大縣 秸稈年產(chǎn)量約 51 萬(wàn)噸 以稻草 玉米秸 稈 小麥秸稈和油菜秸稈為主 主要集中在平川和丘陵一帶的 主要農(nóng)作物產(chǎn)區(qū) 以馬暢到槐樹(shù)關(guān)沿 108 沿線鎮(zhèn)最為集中 由于秸稈產(chǎn)量未列入有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)范圍 直接測(cè)量農(nóng)作 物秸稈單位面積的產(chǎn)量也比較困難 因而秸稈的產(chǎn)量通常依據(jù) 農(nóng)作物的產(chǎn)量計(jì)算而得 即采用 秸稈系數(shù) 法估測(cè)秸稈產(chǎn)量 秸稈系數(shù)是秸稈產(chǎn)量與谷物籽實(shí)產(chǎn)量的比值 其值參見(jiàn)表 3 我縣各類農(nóng)作物秸稈的種類及其對(duì)應(yīng)的秸稈系數(shù) 利用秸稈系數(shù)乘以籽實(shí)產(chǎn)量可以估算出農(nóng)作物秸稈的資源 量 其估算公式如下 表 3 我縣各類農(nóng)作物秸稈的種類及其對(duì)應(yīng)的秸稈系數(shù) 作物種類作物名稱秸桿系數(shù) 水 稻 1 0 玉 米2 0 高 粱2 0 糧 食 小 麥1 4 大 豆1 5 油菜籽2 0 油料作物 向日葵2 0 式 式中 S 秸稈資源量 k 秸稈的種類數(shù) sj 某種農(nóng)作物的籽實(shí)產(chǎn)量 Dj 某種農(nóng)作物對(duì)應(yīng)的秸稈系數(shù) 我縣現(xiàn)有耕地面積 58 萬(wàn)畝 農(nóng)業(yè)常用耕地 41 6 萬(wàn)畝 其 中水田 20 3 萬(wàn)畝 旱地 21 3 萬(wàn)畝 其糧油產(chǎn)量可按 2013 年 種植計(jì)劃和正常年份糧食單產(chǎn)計(jì)算 去年全年糧食收獲面積 52 5 萬(wàn)畝 其中小麥 18 9 萬(wàn)畝 6 9 萬(wàn)噸 玉米 10 9 萬(wàn)畝 3 3 萬(wàn)噸 水稻 21 萬(wàn)畝 12 6 萬(wàn)噸 油菜 16 萬(wàn)畝 6 萬(wàn)噸 種植水稻 21 萬(wàn)畝 應(yīng)產(chǎn)水稻 12 6 萬(wàn)噸 種植玉米 10 9 萬(wàn) 畝 應(yīng)產(chǎn)玉米 3 3 萬(wàn)噸 種植小麥 18 9 萬(wàn)畝 應(yīng)產(chǎn)小麥 6 9 萬(wàn) 噸 種植油菜 16 萬(wàn)畝 應(yīng)產(chǎn)菜籽 6 萬(wàn)噸 預(yù)計(jì)豆類雜糧總產(chǎn)為 8 萬(wàn)噸 根據(jù)表 3 和式 1 可計(jì)算出我縣秸桿總量約為 51 萬(wàn) 噸 我縣所產(chǎn)秸桿現(xiàn)除用于還田和燒火做飯外 大部分焚燒掉 了 這樣即浪費(fèi)了資源 又污染了環(huán)境 估計(jì)焚燒量大約占秸 桿總量的 75 為 38 3 萬(wàn)噸 這部分秸桿完全可以用來(lái)生產(chǎn)燃 料乙醇 秸稈中纖維素含量 35 按現(xiàn)有技術(shù)僅纖維素可產(chǎn)乙按現(xiàn)有技術(shù)僅纖維素可產(chǎn)乙 醇和每克葡萄糖理論酒精產(chǎn)量醇和每克葡萄糖理論酒精產(chǎn)量 0 570 57 克計(jì)算克計(jì)算 每年這每年這 38 338 3 萬(wàn)噸萬(wàn)噸 秸桿可產(chǎn)生乙醇約秸桿可產(chǎn)生乙醇約 7 67 6 萬(wàn)噸萬(wàn)噸 隨著纖維素酶酶解和發(fā)酵技術(shù)的 不斷進(jìn)步 秸稈中的半纖維素也可部分或全部轉(zhuǎn)化為乙醇 可 產(chǎn)燃料乙醇的數(shù)量還將大幅度提高 在我們開(kāi)發(fā)利用秸稈資源的同時(shí) 應(yīng)充分重視秸稈還田 以增加土壤有機(jī)肥含量 改善土壤的物理性質(zhì) 保護(hù)土壤生態(tài) 環(huán)境 發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè) 而另一方面 隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷深入 居民點(diǎn)的集中 居住條件的改善 秸桿的家庭燃料作用將會(huì)消失 因而會(huì)為生 物質(zhì)燃料乙醇的生產(chǎn)提供更多的原料 四 項(xiàng)目建設(shè)的技術(shù)方案四 項(xiàng)目建設(shè)的技術(shù)方案 根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 擬選用下述工藝路 線 工藝流程為 農(nóng)作物秸桿 收集 粉碎 蒸汽 連續(xù)爆碎 纖維酶水解 過(guò)濾 酵母發(fā)酵 過(guò)濾 蒸餾 冷凝 脫水 無(wú)水乙醇 變性 燃料 乙醇 產(chǎn)品方案為 以燃料乙醇為主產(chǎn)品 以二氧化碳 沼氣 DDGS 飼料和有機(jī)肥為副產(chǎn)品 主產(chǎn)品燃料乙醇除調(diào)入汽油作為車用燃料外 還可以無(wú)水 乙醇身份用來(lái)制取乙醛 乙醚 乙酸乙酯 乙胺等化工原料 也是制取染料 涂料 洗滌劑等產(chǎn)品的原料 此外乙醇還可用 在稀釋劑 有機(jī)溶劑 涂料溶劑等幾大方面 其中用量最大的 是消毒劑 但因含有過(guò)多的雜醇油 不宜食用 副產(chǎn)品還可以進(jìn)一步深加工生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品 在以農(nóng)林 廢棄物為原料制取燃料乙醇時(shí) 只有纖維素被轉(zhuǎn)化為乙醇 半 纖維素和木質(zhì)素未利用 半纖維素中含有木聚糖類 葡萄糖甘 露聚糖 半乳糖 由于結(jié)構(gòu)中帶有羥基 醛基和糖甙鍵 在一 定條件下 均能進(jìn)行酯化或醚化反應(yīng) 利用這些化學(xué)性質(zhì)可以 制備一些高附加值的化工產(chǎn)品 例如糠醛 它是合成高分子樹(shù) 脂 纖維 醫(yī)藥 農(nóng)藥等的重要原料 以糠醛為原料可進(jìn)一步 制備糠醇 四氫糠醇 順丁烯二酸酐 糠酸等重要精細(xì)化工產(chǎn) 品 木質(zhì)素是一類以苯丙烷單體為骨架 具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無(wú)定 形高聚物 由于結(jié)構(gòu)中含有羥基和醚鍵 可以利用這些性質(zhì)制 備一些化工產(chǎn)品 例如木質(zhì)素磺酸鹽 可用作混凝土減水劑 染料分散劑 石油鉆井與采油助劑等 另外 采用接枝等方法 制備的改性木質(zhì)素 可以用作土壤調(diào)節(jié)劑 助凝劑 增稠劑等 還可制備碳纖維等 副產(chǎn)品中的二氧化碳是酵母發(fā)酵中產(chǎn)生的 給予收集后可 銷售給食品企業(yè)作為食品級(jí)二氧化碳使用 五 項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)分析五 項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)分析 燃料乙醇售價(jià)受制于汽油的價(jià)格波動(dòng) 目前 國(guó)家對(duì)燃料 乙醇實(shí)行特殊定價(jià)政策并且有專門財(cái)政補(bǔ)貼以使市場(chǎng)上燃料乙 醇價(jià)格略低于汽油價(jià)格 從而增強(qiáng)燃料乙醇相對(duì)于汽油的市場(chǎng)競(jìng) 爭(zhēng)力 燃料乙醇的價(jià)格是按照汽油價(jià)格的 0 9111 倍確定的 所 以銷售燃料乙醇的實(shí)際收入包括兩部分 即汽油價(jià)格的 0 9111 倍和政府補(bǔ)貼 即實(shí)際收入 0 9111 汽油價(jià)格 政府補(bǔ)貼 根 據(jù)國(guó)家 2005 年制定的燃料乙醇財(cái)政補(bǔ)貼辦法 2005 2008 年 每一年度的財(cái)政補(bǔ)貼分別為 1883 元 噸 1628 元 噸 1373 元 噸和 1373 元 噸 而 2005 2007 年 而每年的汽油平均價(jià)格分 別為 3874 元 噸 4608 元 噸和 4990 元 噸 則各年度的燃料 乙醇企業(yè)的實(shí)際收入分別為 5412 元 噸 5826 元 噸和 5919 元 噸 纖維燃料乙醇噸成本因不受原料價(jià)格的控制 大約一直在 6000 元 噸左右 在取得國(guó)家補(bǔ)貼的情況下 仍與上述各年度 的實(shí)際收入相比還有 81 588 元 噸的虧損 可以看出 企業(yè)銷 售乙醇取得的收入還不能完全彌補(bǔ)生產(chǎn)成本 據(jù)報(bào)道 2007 年國(guó)家實(shí)行了彈性制的財(cái)政補(bǔ)貼 政府定期 對(duì)以糧食為原料的燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)乙醇結(jié)算價(jià)格和生產(chǎn)成本 進(jìn)行核算 計(jì)算出合理的補(bǔ)貼價(jià)格 根據(jù)企業(yè)之前銷售的燃料 乙醇數(shù)量進(jìn)行追溯調(diào)整 據(jù)悉 2007 年國(guó)家給予安徽豐原生化 以玉米為原料 的補(bǔ)貼是 2251 元 噸 超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn) 以補(bǔ)貼 由于原料和汽油的價(jià)格波動(dòng)造成的虧損 使其燃料乙醇業(yè)務(wù)加 上政府補(bǔ)貼后的毛利率達(dá)到 20 以上 目前 由于糧食價(jià)格的上漲 以糧食為原料的燃料乙醇生 產(chǎn)成本和以秸桿為原料的燃料乙醇生產(chǎn)成本已相近 因此 如 果取得國(guó)家補(bǔ)貼 則肯定是有利益的 如果爭(zhēng)取不到國(guó)家在銷售環(huán)節(jié)的財(cái)政補(bǔ)貼 這 81 588 元 噸的虧損有望從下面兩個(gè)部分找回 一是爭(zhēng)取國(guó)家對(duì)于以秸桿為原料的燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)建廠 補(bǔ)貼 2006 年 財(cái)政部印發(fā)的 可再生能源發(fā)展專項(xiàng)資金管理 暫行辦法 明確提出 石油替代可再生能源開(kāi)發(fā)利用 重點(diǎn) 是扶持發(fā)展生物乙醇燃料 生物柴油等 2007 年 9 月 國(guó)家 發(fā)改委發(fā)布 關(guān)于促進(jìn)玉米深加工業(yè)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn) 意見(jiàn) 指出 十一五 期間原則上不再核準(zhǔn)新建玉米深加工 項(xiàng)目 因而限制了以玉米為原料生產(chǎn)燃料乙醇的發(fā)展 為以秸 桿為原料生產(chǎn)燃料乙醇項(xiàng)目提供了更廣闊的生存空間 因此 秸桿燃料乙醇項(xiàng)目符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策 并且 在未來(lái)它承擔(dān) 著改變中國(guó)能源結(jié)構(gòu)重任 普遍認(rèn)為 大規(guī)模開(kāi)發(fā)生產(chǎn)木質(zhì)纖 維類生物質(zhì)燃料乙醇的工業(yè)技術(shù) 是解決以糧為原料生產(chǎn)燃料 乙醇存在的原料成本高 原料有限的根本出路 因此 獲取項(xiàng) 目扶持資金是非常有必要 有可能的 二是申請(qǐng) CDM 清潔發(fā)展機(jī)制 項(xiàng)目資金 CDM 項(xiàng)目的核心 內(nèi)容是允許發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用資金和技術(shù)與發(fā)展中國(guó)家合作 在發(fā) 展中國(guó)家實(shí)施生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)和利用 從而達(dá)到減少溫室氣體 排放的目的 每噸燃料乙醇能夠產(chǎn)生 2 噸的二氧化碳減排量 根據(jù)目前國(guó)際市場(chǎng)的平均價(jià)格 減排量約為 10 美元 噸 每噸 燃料乙醇的減排收益為 20 美元 噸 按現(xiàn)行匯率 每生產(chǎn)一噸 燃料乙醇可獲得 CDM 項(xiàng)目資金 140 元 此外 通過(guò)副產(chǎn)品的加工升值 可以增加一部分收益 目前 汽油價(jià)格已達(dá) 7750 元 噸 現(xiàn)行燃料乙醇的理論售 價(jià)應(yīng)為 7061 元 噸 政府補(bǔ)貼 已超出成本 有結(jié)余 1061 噸 但實(shí)際售價(jià)僅為 6200 元 噸 與成本持平 取得的國(guó)家補(bǔ) 貼部分為純利潤(rùn) 國(guó)家財(cái)政部 2007 年制定的 生物燃料乙醇彈性補(bǔ)貼財(cái)政財(cái) 務(wù)管理辦法 規(guī)定 定點(diǎn)生物燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)享受彈性制的 財(cái)政補(bǔ)貼 政府定期對(duì)以糧食為原料的燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)乙醇 結(jié)算價(jià)格和生產(chǎn)成本進(jìn)行核算 計(jì)算出合理的補(bǔ)貼價(jià)格 根據(jù) 企業(yè)之前銷售的燃料乙醇數(shù)量進(jìn)行追溯調(diào)整 此處 副產(chǎn)品的加工 銷售也可帶來(lái)豐厚的收益 同理 乙醇的深加工可給企業(yè)帶來(lái)更大的利潤(rùn) 乙醇脫水后 是生產(chǎn) 乙烯 乙酸乙脂等 189 種化工 生物產(chǎn)品的原料 2004 年乙烯 的需求量達(dá)到 1800 萬(wàn)噸 每噸價(jià)格在 14000 元以上 但國(guó)內(nèi)只 能滿足 600 萬(wàn)噸 參考生產(chǎn)規(guī)模為 5000 噸 年以秸桿為原料的燃料乙醇項(xiàng)目 的總投資 按山東大學(xué)和河南天冠集團(tuán)聯(lián)合攻關(guān)的稀酸處理纖 維酶解工藝生產(chǎn)燃料乙醇中試項(xiàng)目投資計(jì)算 總投資為 1611 萬(wàn) 元 可知 我縣年產(chǎn) 1 萬(wàn)噸秸稈乙醇項(xiàng)目總投資為 3222 萬(wàn)元 項(xiàng)目除了具有良好的經(jīng)濟(jì)效益外 還有利于刺激農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 穩(wěn)定糧食價(jià)格 鞏固農(nóng)業(yè)基礎(chǔ) 提高農(nóng)民收入 同時(shí) 項(xiàng)目的 建設(shè)還將間接推動(dòng)周邊地區(qū)交通運(yùn)輸業(yè) 建筑業(yè) 飼料業(yè) 有 機(jī)肥產(chǎn)業(yè) 服務(wù)業(yè)和綠色有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展 增加就業(yè)機(jī)會(huì) 社 會(huì)效益顯著 六 存在的問(wèn)題六 存在的問(wèn)題 1 作為一種生物能源 其有共同的的幾個(gè)大障礙 作物的 光合作用效率十分低下 原料困擾和技術(shù)難題突出 光合作用 效率主要指太陽(yáng)能的利用效率 是植物通過(guò)光合作用制造的有 機(jī)物中所含有的能量與光合作用所吸收的光能的比值 生物能 源僅有 1 6 的光合作用效率 因此 使秸稈具有體積龐大 分布相對(duì)分散等特點(diǎn) 造成運(yùn)輸 儲(chǔ)存 輻射的半徑太大等缺 點(diǎn) 成本太高 2 原料 秸桿 的預(yù)處理技術(shù)有待提高 農(nóng)林廢棄物的主 要成分是纖維素 半纖維素 木質(zhì)素 目前只有纖維素能被降 解轉(zhuǎn)化為乙醇 因此有待開(kāi)發(fā)高效的原料預(yù)處理技術(shù) 從農(nóng)林 廢棄物中獲得最大量的纖維素 3 有待開(kāi)發(fā)高活性的纖維素酶 纖維素酶存在生產(chǎn)效率低 和生產(chǎn)成本高的問(wèn)題 目前生產(chǎn) 1gal 1gal 3 785L 乙醇纖維 素酶的費(fèi)用為 30 50 美分 必須研究開(kāi)發(fā)高活性的纖維素酶 使纖維素酶的成本降到 5 美分 gal 乙醇才具競(jìng)爭(zhēng)力 4 有待開(kāi)發(fā)高效的發(fā)酵技術(shù) 目前燃料乙醇生產(chǎn)存在原料 消耗 能耗高