第四章燃料乙醇

1、第四章第四章 燃料乙醇技術燃料乙醇技術f4.1 燃料乙醇技術的發(fā)展概況燃料乙醇技術的發(fā)展概況f4.2 燃料乙醇的生產(chǎn)原料燃料乙醇的生產(chǎn)原料f4.3 乙醇發(fā)酵機理乙醇發(fā)酵機理f4.4 乙醇發(fā)酵微生物乙醇發(fā)酵微生物f4.5 乙醇蒸餾脫水的原理及工藝流程乙醇蒸餾脫水的原理及工藝流程f4.6 糖類原料乙醇發(fā)酵工藝與實例糖類原料乙醇發(fā)酵工藝與實例f4.7 淀粉類原料乙醇發(fā)酵工藝與實例淀粉類原料乙醇發(fā)酵工藝與實例f4.8 纖維素類原料乙醇發(fā)酵工藝與實例纖維素類原料乙醇發(fā)酵工藝與實例幾個概念幾個概念f95%乙醇f無水乙醇f醫(yī)用酒精f工業(yè)酒精：f燃料乙醇：f變性燃料乙醇：全。MOS級(或電子純,分析純)99.

2、9%乙醇的生產(chǎn)方法乙醇的生產(chǎn)方法f乙醇的生產(chǎn)是在釀酒的基礎上發(fā)展起來的。遠在上古時代人們已將淀粉物質(zhì)發(fā)酵制酒。12世紀在蒸餾葡萄酒時，第一次從酒中分離出酒精。20世紀30年代以前，發(fā)酵法是乙醇的唯一工業(yè)生產(chǎn)方法。 1930年，美國聯(lián)合碳化物公司建立了第一個用石油熱裂化副產(chǎn)品乙烯為原料，經(jīng)硫酸吸收再水解制乙醇的工業(yè)裝置（簡稱乙烯間接水合法）。 1947年，美國殼牌化學公司又實現(xiàn)了乙烯直接水合制乙醇的方法。由于該法比間接水合法有顯著優(yōu)點，現(xiàn)已成為生產(chǎn)乙醇的主要方法。乙烯直接水合乙烯直接水合制乙醇制乙醇f乙烯直接水化法，就是在加熱、加壓和有催化劑存在的條件下，是乙烯直接水化法，就是在加熱、加壓和有催

3、化劑存在的條件下，是乙烯與水直接反應，生產(chǎn)乙醇：乙烯與水直接反應，生產(chǎn)乙醇：fCH2CH2 + HOHC2H5OHf工業(yè)上采用負載于硅藻土上的磷酸催化劑，工業(yè)上采用負載于硅藻土上的磷酸催化劑，反應溫度反應溫度260290，壓力約壓力約7MPa，水和乙烯的物質(zhì)的量比為，水和乙烯的物質(zhì)的量比為0.6左右，此條件下乙烯的單左右，此條件下乙烯的單程轉(zhuǎn)化率僅程轉(zhuǎn)化率僅5左右，乙醇的選擇性約為左右，乙醇的選擇性約為95，大量乙烯在系統(tǒng)中循，大量乙烯在系統(tǒng)中循環(huán)。主要副產(chǎn)物是環(huán)。主要副產(chǎn)物是乙醚，此外尚有少量乙醛、甲醇、丁烯、丁醇和乙醚，此外尚有少量乙醛、甲醇、丁烯、丁醇和乙烯聚合物乙烯聚合物等。乙醚與水反

4、應能生成乙醇，故將其返回反應器，以等。乙醚與水反應能生成乙醇，故將其返回反應器，以提高乙醇的產(chǎn)率。提高乙醇的產(chǎn)率。 f此法中的原料此法中的原料乙烯可大量取自石油裂解氣，成本低，產(chǎn)量大，這乙烯可大量取自石油裂解氣，成本低，產(chǎn)量大，這樣能節(jié)約大量糧食，因此發(fā)展很快樣能節(jié)約大量糧食，因此發(fā)展很快f工業(yè)酒精中含有的工業(yè)酒精中含有的甲醇甲醇對人視覺神經(jīng)有嚴重的傷害作用，對人視覺神經(jīng)有嚴重的傷害作用，攝入攝入一定量的甲醇可造成失明，甚至死亡。一定量的甲醇可造成失明，甚至死亡。f雜醇油攝入后感到眩暈。頭痛；有害的醛類中甲醛是細雜醇油攝入后感到眩暈。頭痛；有害的醛類中甲醛是細胞原漿毒，超過胞原漿毒，超過30m

5、g/L的濃度即發(fā)生粘膜刺激癥狀出現(xiàn)的濃度即發(fā)生粘膜刺激癥狀出現(xiàn)燒灼感。在食品中應用的乙醇必須為食品級，否則會造燒灼感。在食品中應用的乙醇必須為食品級，否則會造成食物中毒甚至引起死亡。成食物中毒甚至引起死亡。f工 業(yè) 酒 精 為 什 么 會 在 食 品 中 使 用工業(yè)酒精的違法使用，是用工業(yè)酒精替代食用 酒 精 勾 兌 白 酒 和 各 種 飲 料 酒 。由于工業(yè)酒精和食用酒精在色澤、氣味上沒有明顯的區(qū)別，而兩者的價格卻存在較大的差別，目前市場上優(yōu)質(zhì)工業(yè)酒精大約5000元/噸，而食用酒精一般在7000元/噸，因此不法商販受利益驅(qū)使，魚目混珠。乙烯水化法制造的乙醇為何不可勾兌白酒 白酒所用的酒精白酒

6、所用的酒精(乙醇乙醇)是發(fā)酵法得來的是發(fā)酵法得來的 而乙烯水化法一般用相轉(zhuǎn)移催化劑，催化劑本身有毒而乙烯水化法一般用相轉(zhuǎn)移催化劑，催化劑本身有毒,此此法乙醇的選擇性約為法乙醇的選擇性約為95，大量乙烯在系統(tǒng)中循環(huán)。主要，大量乙烯在系統(tǒng)中循環(huán)。主要副產(chǎn)物是乙醚，此外尚有少量乙醛、丁烯、丁醇和乙烯聚副產(chǎn)物是乙醚，此外尚有少量乙醛、丁烯、丁醇和乙烯聚合物等不能使用，且難分離，所以乙烯水化法制得的乙醇合物等不能使用，且難分離，所以乙烯水化法制得的乙醇不能食用。不能食用。醫(yī)用酒精醫(yī)用酒精f主要用于消毒主要用于消毒f在藥店買到的酒精有75%和95%兩種濃度，這兩種濃度的酒精用途是不一樣的。f醫(yī)用酒精是用淀

7、粉類植物經(jīng)糖化再發(fā)酵經(jīng)蒸餾制成，相當于制酒的過程，但蒸餾溫度比酒低，蒸餾次數(shù)比酒多，酒精度高，制成品出量高，含酒精以外的醚、醛成分比酒多，不能飲用，但可接觸人體醫(yī)用，是植物原料產(chǎn)品。醫(yī)用酒精醫(yī)用酒精f95%的酒精常用于擦拭紫外線燈。這種酒精在醫(yī)院常用，而在的酒精常用于擦拭紫外線燈。這種酒精在醫(yī)院常用，而在家庭家庭中中則只會將其用于相機鏡頭的清潔。則只會將其用于相機鏡頭的清潔。 f75%的酒精用于消毒。這是因為，過高濃度的酒精會在細菌表面形成的酒精用于消毒。這是因為，過高濃度的酒精會在細菌表面形成一層保護膜，阻止其進入細菌體內(nèi)，難以將細菌徹底殺死。若酒精濃一層保護膜，阻止其進入細菌體內(nèi)，難以將細

8、菌徹底殺死。若酒精濃度過低，雖可進入細菌，但不能將其體內(nèi)的蛋白質(zhì)凝固，同樣也不能度過低，雖可進入細菌，但不能將其體內(nèi)的蛋白質(zhì)凝固，同樣也不能將細菌徹底殺死。將細菌徹底殺死。 f40%50%的酒精可預防褥瘡。長期臥床患者的背、腰、臀部因長期的酒精可預防褥瘡。長期臥床患者的背、腰、臀部因長期受壓可引發(fā)褥瘡，如按摩時將少許受壓可引發(fā)褥瘡，如按摩時將少許40%50%的酒精倒入手中，均勻的酒精倒入手中，均勻地按摩患者受壓部位，就能達到促進局部血液循環(huán)，防止褥瘡形成的地按摩患者受壓部位，就能達到促進局部血液循環(huán)，防止褥瘡形成的目的。目的。 f25%50%的酒精可用于物理退熱。高燒患者可用其擦身，達到降溫的

9、酒精可用于物理退熱。高燒患者可用其擦身，達到降溫的目的。因為用酒精擦拭皮膚，能使患者的皮膚血管擴張，增加皮膚的目的。因為用酒精擦拭皮膚，能使患者的皮膚血管擴張，增加皮膚的散熱能力，其揮發(fā)性還能吸收并帶走大量的熱量，使癥狀緩解。但的散熱能力，其揮發(fā)性還能吸收并帶走大量的熱量，使癥狀緩解。但酒精濃度不可過高，否則可能會刺激皮膚，并吸收表皮大量的水分。酒精濃度不可過高，否則可能會刺激皮膚，并吸收表皮大量的水分。 生產(chǎn)燃料乙醇的意義生產(chǎn)燃料乙醇的意義 產(chǎn)能效率高產(chǎn)能效率高 改善大氣環(huán)境，減輕溫室效應改善大氣環(huán)境，減輕溫室效應 緩解石油資源短缺緩解石油資源短缺 通過微生物大量發(fā)酵生產(chǎn)，成本低通過微生物大

10、量發(fā)酵生產(chǎn)，成本低 促進國民經(jīng)濟發(fā)展促進國民經(jīng)濟發(fā)展乙醇作為燃料的益處乙醇作為燃料的益處燃料乙醇不但是燃料乙醇不但是可再生能源可再生能源，而且還是一種，而且還是一種清潔能源清潔能源。燃料乙醇在添加燃料乙醇在添加變性劑后，與無鉛汽油按一定比例混配成乙醇汽油變性劑后，與無鉛汽油按一定比例混配成乙醇汽油，形成一種新型綠色環(huán)，形成一種新型綠色環(huán)保型燃料。當乙醇混配比在保型燃料。當乙醇混配比在25%25%以內(nèi)時，燃料可保持其原有動力性。更重以內(nèi)時，燃料可保持其原有動力性。更重要的是，乙醇是太陽能的一種表現(xiàn)形式，在整個自然界大系統(tǒng)中，乙醇的要的是，乙醇是太陽能的一種表現(xiàn)形式，在整個自然界大系統(tǒng)中，乙醇的生

11、產(chǎn)和消費過程可形成無污染的閉路循環(huán)。生產(chǎn)和消費過程可形成無污染的閉路循環(huán)。與普通汽油相比，燃料乙醇以與普通汽油相比，燃料乙醇以其燃燒更完全、其燃燒更完全、COCO排放量較低、燃燒性能與汽油相似等優(yōu)良特性排放量較低、燃燒性能與汽油相似等優(yōu)良特性，被稱為，被稱為2121世紀世紀“綠色能源綠色能源”。由于燃料乙醇有巨大的環(huán)保效應，隨著它的推廣，由于燃料乙醇有巨大的環(huán)保效應，隨著它的推廣，還可以大量節(jié)省大中城市治理空氣污染的費用。據(jù)有關報告稱，還可以大量節(jié)省大中城市治理空氣污染的費用。據(jù)有關報告稱，單乙醇汽單乙醇汽油一個措施就可使汽車尾氣污染減少三分之一油一個措施就可使汽車尾氣污染減少三分之一。因此，

12、燃料乙醇作為一種。因此，燃料乙醇作為一種清潔能源，不但能凈化環(huán)境，還有巨大的經(jīng)濟效應。清潔能源，不但能凈化環(huán)境，還有巨大的經(jīng)濟效應。未來石油的替代物未來石油的替代物-乙醇乙醇乙醇又稱酒精，分子式為乙醇又稱酒精，分子式為CHCH3 3CHCH2 2OHOH，相對分子質(zhì)量，相對分子質(zhì)量46.0746.07，為無色透明液，為無色透明液體，易揮發(fā)，有辛辣味，易燃燒，沸點為體，易揮發(fā)，有辛辣味，易燃燒，沸點為78.578.5，閃點為，閃點為11.711.7，能與水，能與水以任意比例混溶，以玉米、小麥、薯類、糖蜜等為原料，經(jīng)發(fā)酵、蒸餾而以任意比例混溶，以玉米、小麥、薯類、糖蜜等為原料，經(jīng)發(fā)酵、蒸餾而制成。

13、制成。 4.1 燃料乙醇技術的發(fā)展概況燃料乙醇技術的發(fā)展概況f治理治理大城市尾氣排放大城市尾氣排放問題，是各個國家都面臨的環(huán)保難題問題，是各個國家都面臨的環(huán)保難題f汽車是一個汽車是一個流動的污染源流動的污染源。進入。進入21世紀，汽車污染日益成世紀，汽車污染日益成為全球性問題。隨著汽車數(shù)量越來越多、使用范圍越來越為全球性問題。隨著汽車數(shù)量越來越多、使用范圍越來越廣，它對世界環(huán)境的負面效應也越來越大，尤其是危害城廣，它對世界環(huán)境的負面效應也越來越大，尤其是危害城市環(huán)境，引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，造成地表空氣臭氧含量過高，市環(huán)境，引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，造成地表空氣臭氧含量過高，加重城市熱島效應，使城市環(huán)境轉(zhuǎn)向

14、惡化。加重城市熱島效應，使城市環(huán)境轉(zhuǎn)向惡化。f有關專家統(tǒng)計，到有關專家統(tǒng)計，到21世紀初，汽車排放的尾氣占了大氣污世紀初，汽車排放的尾氣占了大氣污染的染的3060%。隨著機動車的增加，尾氣污染有愈演愈烈。隨著機動車的增加，尾氣污染有愈演愈烈之勢，由局部性轉(zhuǎn)變成連續(xù)性和累積性，而各國城市市民之勢，由局部性轉(zhuǎn)變成連續(xù)性和累積性，而各國城市市民則成為汽車尾氣污染的直接受害者。則成為汽車尾氣污染的直接受害者。 乙醇汽油乙醇汽油 f車用乙醇汽油（國外稱汽油醇，商品名車用乙醇汽油（國外稱汽油醇，商品名GASOHOL），是在汽油中），是在汽油中加入一定量的變性乙醇，可使汽油辛烷值（汽油標號如加入一定量的變性

15、乙醇，可使汽油辛烷值（汽油標號如90#、93#等）等）提高提高3%，氧含量增加，氧含量增加3.5%，大大改善了汽油的使用性能，燃燒更，大大改善了汽油的使用性能，燃燒更徹底，是一種節(jié)能環(huán)保型燃料。徹底，是一種節(jié)能環(huán)保型燃料。美國、巴西美國、巴西已大量使用已大量使用20多年，各多年，各方面收到巨大效益，我國為了解決能源、農(nóng)業(yè)、環(huán)境問題，正積極方面收到巨大效益，我國為了解決能源、農(nóng)業(yè)、環(huán)境問題，正積極準備試行乙醇汽油政策。準備試行乙醇汽油政策。 f車用乙醇汽油是指在汽油組分油中，按體積比加入車用乙醇汽油是指在汽油組分油中，按體積比加入一定比例一定比例（中國（中國暫按暫按10%）的）的變性燃料乙醇變性

16、燃料乙醇混配而成的一種混配而成的一種新型清潔車用燃料？新型清潔車用燃料？f乙醇汽油的特性和優(yōu)點：乙醇汽油的特性和優(yōu)點：首先它增加汽油中的氧含量，使燃燒更充首先它增加汽油中的氧含量，使燃燒更充分，徹底有效地降低了尾氣中有害物質(zhì)的排放；第二，有效提高汽分，徹底有效地降低了尾氣中有害物質(zhì)的排放；第二，有效提高汽油的標號，使發(fā)動機運行平穩(wěn)；第三，有效消除火花塞、氣門、活油的標號，使發(fā)動機運行平穩(wěn)；第三，有效消除火花塞、氣門、活塞頂部及排氣管、消聲器部位積炭的形成，可以延長主要部件的使塞頂部及排氣管、消聲器部位積炭的形成，可以延長主要部件的使用壽命。用壽命。 辛烷值辛烷值 辛烷值辛烷值是交通工具交通工具

17、所使用的燃料 (汽油) 抵抗震爆震爆的指標。辛烷值越高表示抗震爆的能力越好 汽油內(nèi)的正庚烷在高溫和高壓高壓下較容易引發(fā)自燃，造成震爆現(xiàn)象，減低引擎效率，更可能引致汽缸汽缸壁過熱甚至活塞損裂。因此正庚烷的辛烷值定為零。異辛烷異辛烷其震爆現(xiàn)象很小其辛烷值定為100。 其他的碳氫化合物碳氫化合物也有不同的辛烷值，有可能小于0（如正辛烷），也有可能大于100（如甲苯）。因此，汽油中的辛烷值則直接取決定汽油內(nèi)各種碳氫化合物碳氫化合物的成分比例。 提高汽油辛烷值的方法包括加入四乙基鉛及甲基叔丁基醚、碳酸二甲酯、MMTMMT等。由于鉛鉛是有毒有毒物質(zhì)，因此許多國家已經(jīng)不再提供含鉛汽油，僅余航空用油仍帶有鉛。

18、97號汽油的燃燒值是否高于931千克的某種燃料完全燃燒放出的熱量叫做這種燃料的千克的某種燃料完全燃燒放出的熱量叫做這種燃料的燃燒值燃燒值，單位：，單位：焦焦/千克。千克。 物理意義：物理意義：燃燒值直接反映了燃料的燃燒特性。燃燒值大，反映單位燃燒值直接反映了燃料的燃燒特性。燃燒值大，反映單位質(zhì)量的該種燃料完全燃燒時放出的熱量多（化學能轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能多）。質(zhì)量的該種燃料完全燃燒時放出的熱量多（化學能轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能多）。 汽油汽油為油品的一大類，是為油品的一大類，是四碳至十二碳復雜烴類的混合物四碳至十二碳復雜烴類的混合物，其為無色，其為無色至淡黃色的易流動液體，易燃，餾程為至淡黃色的易流動液體，易燃，

19、餾程為30至至205，空氣中含量為，空氣中含量為74123g/m時遇火爆炸。時遇火爆炸。 汽油的燃燒值約為汽油的燃燒值約為44000kJ/kg。 是指汽油辛烷值指標是指汽油辛烷值指標。90號，號，93號，號，97號，號，98號。號。 所謂的所謂的97號汽號汽油，就是油，就是97的異辛烷，的異辛烷，3的正庚烷。的正庚烷。在在引擎壓縮比高者引擎壓縮比高者應采用應采用高辛烷值汽油高辛烷值汽油，若，若壓縮比高而用低辛烷值汽壓縮比高而用低辛烷值汽油，會引起不正常燃燒，造成震爆、耗油及行駛無力油，會引起不正常燃燒，造成震爆、耗油及行駛無力等現(xiàn)象。等現(xiàn)象。 辛烷辛烷值高，抗爆性值高，抗爆性 好。好。汽油的等

20、級是按辛烷值劃分的。汽油的等級是按辛烷值劃分的。 所以所以不同號的汽油燃燒值沒有區(qū)別。不同號的汽油燃燒值沒有區(qū)別。只是抗爆性的不同而已只是抗爆性的不同而已。 生物燃料生物燃料丁醇丁醇f能量密度：能量密度：一升燃料有多大能量。一升燃料有多大能量。f汽油一般是每升汽油一般是每升32兆焦，柴油高一些，將近兆焦，柴油高一些，將近40兆焦（為什么柴油車兆焦（為什么柴油車油耗低？單位體積的能量多?。＜状济可挥杏秃牡?？單位體積的能量多！）。甲醇每升只有16兆焦，不過是汽兆焦，不過是汽油的一半。油的一半。乙醇乙醇19.6兆焦，比甲醇好一些，但是還是比汽油少了兆焦，比甲醇好一些，但是還是比汽油少了40%。

21、f 丁醇：每升丁醇：每升29.2兆焦，兆焦，比汽油低比汽油低10%。目前摻丁醇對于油耗的影響。目前摻丁醇對于油耗的影響基本上還是在實驗當中，但是一般在能量密度只相差基本上還是在實驗當中，但是一般在能量密度只相差10%的情況下，的情況下，油耗影響應該也不大的。油耗影響應該也不大的。 f丁醇在水里面溶解沒有乙醇在水里面好丁醇在水里面溶解沒有乙醇在水里面好當油里面有水的時候，乙當油里面有水的時候，乙醇很容易就跑到水里面去了，丁醇就沒這么容易。醇很容易就跑到水里面去了，丁醇就沒這么容易。f丁醇的腐蝕性也沒有乙醇這么高丁醇的腐蝕性也沒有乙醇這么高，乙醇不能用管道運輸，只能用鐵，乙醇不能用管道運輸，只能用

22、鐵路公路，丁醇就可以，這樣就很方便輸送。路公路，丁醇就可以，這樣就很方便輸送。f丁醇的辛烷值比汽油好。正丁醇的辛烷值可以達到丁醇的辛烷值比汽油好。正丁醇的辛烷值可以達到96，異丁醇可以達到，異丁醇可以達到105。不過這比。不過這比不上乙醇。乙醇的辛烷值是不上乙醇。乙醇的辛烷值是129，甲醇的辛烷值是，甲醇的辛烷值是136。丁醇的辛烷值也夠用了。丁醇的辛烷值也夠用了。辛烷值辛烷值高高油，在汽油發(fā)動機里面更容易控制，從而可以提高能量效率。所以油，在汽油發(fā)動機里面更容易控制，從而可以提高能量效率。所以辛烷值高辛烷值高是比較好是比較好的。的。f油在進入氣缸的時候是需要氣化的。油在進入氣缸的時候是需要氣

23、化的。氣化需要的能量氣化需要的能量的大小就決定了油是否容易被氣化。的大小就決定了油是否容易被氣化。越容易被氣化，點火就越容易。汽油的氣化能量是每千克越容易被氣化，點火就越容易。汽油的氣化能量是每千克0.36兆焦，比較容易氣化。乙兆焦，比較容易氣化。乙醇的氣化能是醇的氣化能是0.92兆焦，高了兩倍多，甲醇的是兆焦，高了兩倍多，甲醇的是1.2兆焦。丁醇只有兆焦。丁醇只有0.43兆焦，比較接近兆焦，比較接近汽油了，所以這也是丁醇相對于乙醇的優(yōu)點汽油了，所以這也是丁醇相對于乙醇的優(yōu)點f雖然雖然氣化熱低，氣化熱低，但是但是丁醇的揮發(fā)性要比乙醇差很多丁醇的揮發(fā)性要比乙醇差很多。這樣，夏天的時候，就不會損失

24、很。這樣，夏天的時候，就不會損失很多。揮發(fā)地少，在很炎熱的地方，丁醇也可以使用多。揮發(fā)地少，在很炎熱的地方，丁醇也可以使用f醇類染料的分子是含氧醇類染料的分子是含氧的的燃燒時需要的空氣比例就和汽油有所區(qū)別?，F(xiàn)在的車的空氣燃燒時需要的空氣比例就和汽油有所區(qū)別?，F(xiàn)在的車的空氣燃料比例是可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的，但是調(diào)解有一個范圍。這樣，要使得醇類染料可燃料比例是可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的，但是調(diào)解有一個范圍。這樣，要使得醇類染料可以參雜在汽油中使用，同時不改變車的設置，就需要限制摻入的醇的量。燃料含氧比例以參雜在汽油中使用，同時不改變車的設置，就需要限制摻入的醇的量。燃料含氧比例越高，可以摻加的比例就越

25、低。越高，可以摻加的比例就越低。f丁醇含氧比乙醇低丁醇含氧比乙醇低，在這一點上就有優(yōu)勢，在這一點上就有優(yōu)勢f理論上講，在理論上講，在不對發(fā)動機進行大的改動的條件下，丁醇可以完全替代汽油不對發(fā)動機進行大的改動的條件下，丁醇可以完全替代汽油，乙醇就不行，乙醇就不行了，只能最多摻加了，只能最多摻加85%的乙醇，然后就需要換發(fā)動機了。的乙醇，然后就需要換發(fā)動機了。f現(xiàn)在一般講生物乙醇，摻雜的比例是現(xiàn)在一般講生物乙醇，摻雜的比例是10%，丁醇大約摻加，丁醇大約摻加16%是沒問題的。這就增加了是沒問題的。這就增加了生物能源的比例。生物能源的比例。關于生物丁醇的分離關于生物丁醇的分離f由生物法一般采用的是由

26、生物法一般采用的是ABE工藝，發(fā)酵得到的丁醇濃度工藝，發(fā)酵得到的丁醇濃度很低，而且由于丁醇沸點在很低，而且由于丁醇沸點在117.7度左右，不能和乙醇一度左右，不能和乙醇一樣采取傳統(tǒng)的精餾途徑（關鍵能耗太高），現(xiàn)在做的比樣采取傳統(tǒng)的精餾途徑（關鍵能耗太高），現(xiàn)在做的比較多的一般是滲透汽化較多的一般是滲透汽化pervaporation,汽提汽提gas stripping,萃取萃取extraction(包括膜萃?。?，吸附包括膜萃?。?，吸附absorption等。等。f由于由于丁醇對微生物有很強的抑制作用丁醇對微生物有很強的抑制作用（濃度僅為（濃度僅為2%）如果跟反應器偶合，在線將產(chǎn)品分離出來，那么可

27、以大如果跟反應器偶合，在線將產(chǎn)品分離出來，那么可以大大提高大提高productivity應用應用 f巴西新一代乙醇燃料汽車總量已經(jīng)突破巴西新一代乙醇燃料汽車總量已經(jīng)突破200萬輛大關。在巴西，使用汽萬輛大關。在巴西，使用汽油和乙醇雙燃料混合動力的汽車，占全國汽車市場總量的油和乙醇雙燃料混合動力的汽車，占全國汽車市場總量的77。 f20世紀世紀30年代的世界石油危機，給巴西經(jīng)濟造成了沉重打擊年代的世界石油危機，給巴西經(jīng)濟造成了沉重打擊決心實決心實現(xiàn)能源多元化?，F(xiàn)能源多元化。 f通過利用本土豐富的蔗糖資源，巴西于通過利用本土豐富的蔗糖資源，巴西于1975年成功開發(fā)出汽車用乙醇年成功開發(fā)出汽車用乙醇

28、燃料燃料f 2003年，巴西福特汽車分公司推出了首輛汽油、乙醇雙燃料汽車。年，巴西福特汽車分公司推出了首輛汽油、乙醇雙燃料汽車。f為推廣乙醇燃料汽車的使用，巴西政府：普通汽車購買者為推廣乙醇燃料汽車的使用，巴西政府：普通汽車購買者16消費稅，消費稅，而乙醇燃料汽車購買者而乙醇燃料汽車購買者14消費稅。消費稅。 f在巴西全國的任意一家加油站，司機們都有三種燃料可供選擇在巴西全國的任意一家加油站，司機們都有三種燃料可供選擇乙乙醇、汽油和高級汽油，而在汽油中也含有醇、汽油和高級汽油，而在汽油中也含有20的乙醇成分。至于價格，的乙醇成分。至于價格，乙醇當然也有絕對優(yōu)勢。每升乙醇售價乙醇當然也有絕對優(yōu)勢

29、。每升乙醇售價53美分，大大低于每升美分，大大低于每升99美分美分的汽油價格。的汽油價格。乙醇作為車用燃料的優(yōu)缺點乙醇作為車用燃料的優(yōu)缺點f乙醇作為內(nèi)燃機代用燃料有以下乙醇作為內(nèi)燃機代用燃料有以下優(yōu)點優(yōu)點：f辛烷值高（辛烷值高（110左右），可以替代目前正在使用的無鉛抗爆添加劑甲基左右），可以替代目前正在使用的無鉛抗爆添加劑甲基叔丁基醚（叔丁基醚（MTBE）。乙醇無毒、對環(huán)境無危害，而）。乙醇無毒、對環(huán)境無危害，而MTBE則被懷疑則被懷疑會污染地下水和致膀胱癌，在美國一些州已被禁用，會污染地下水和致膀胱癌，在美國一些州已被禁用，2004年全面禁用。年全面禁用。f乙醇是含氧燃料，蒸發(fā)潛熱高，發(fā)動

30、機燃用乙醇可以實現(xiàn)無煙排放，乙醇是含氧燃料，蒸發(fā)潛熱高，發(fā)動機燃用乙醇可以實現(xiàn)無煙排放，并能大幅度降低并能大幅度降低CO排放，排放，HC、NOx也可以有不同程度的降低（取決也可以有不同程度的降低（取決于發(fā)動機結構及其調(diào)整狀態(tài)）于發(fā)動機結構及其調(diào)整狀態(tài)）f火花點火發(fā)動機可以燃用純乙醇或乙醇和汽油的混合燃料（摻燒比例火花點火發(fā)動機可以燃用純乙醇或乙醇和汽油的混合燃料（摻燒比例大時需加助溶劑），壓燃式發(fā)動機也可以燃用乙醇，但須有助燃措施大時需加助溶劑），壓燃式發(fā)動機也可以燃用乙醇，但須有助燃措施乙醇作為內(nèi)燃機代用燃料的缺點乙醇作為內(nèi)燃機代用燃料的缺點f乙醇生產(chǎn)成本高，雖然利用階段性過剩、存放期過程甚

31、至霉變的糧食乙醇生產(chǎn)成本高，雖然利用階段性過剩、存放期過程甚至霉變的糧食制取酒精可以在一定程度上緩解糧食過剩和燃料不足的矛盾。但我國制取酒精可以在一定程度上緩解糧食過剩和燃料不足的矛盾。但我國可耕地面積少（僅為世界的可耕地面積少（僅為世界的7%），人口密度大（占全世界的），人口密度大（占全世界的22%），），糧食來源不穩(wěn)定，生產(chǎn)乙醇過程中耗能大、耗糧大，生產(chǎn)乙醇過程中糧食來源不穩(wěn)定，生產(chǎn)乙醇過程中耗能大、耗糧大，生產(chǎn)乙醇過程中有大量有大量CO2排放，利用糧食生產(chǎn)乙醇，只能適度開展。此外利用乙醇排放，利用糧食生產(chǎn)乙醇，只能適度開展。此外利用乙醇作為燃料或辛烷值添加劑時，政府要考慮給予補貼，否則在

32、市場經(jīng)濟作為燃料或辛烷值添加劑時，政府要考慮給予補貼，否則在市場經(jīng)濟條件下難以推廣應用條件下難以推廣應用f利用能源作物（如甜高粱的莖桿、木薯等）制乙醇也是可行的，生產(chǎn)利用能源作物（如甜高粱的莖桿、木薯等）制乙醇也是可行的，生產(chǎn)成本比糧食制乙醇低成本比糧食制乙醇低1000元元/t左右，秸稈制酒精是將秸稈通過酶水解成左右，秸稈制酒精是將秸稈通過酶水解成單糖，然后發(fā)酵成乙醇，由于酶成本高，秸稈收集比較困難，世界上單糖，然后發(fā)酵成乙醇，由于酶成本高，秸稈收集比較困難，世界上未大規(guī)模生產(chǎn)，秸稈比較適宜用氣化成沼氣后，作為民用燃料未大規(guī)模生產(chǎn)，秸稈比較適宜用氣化成沼氣后，作為民用燃料Three types

33、 of raw materials for bioethanol(a) sugar from sugarcane, sugar beet and fruit, which may be converted to ethanol directly; (b) starches from grain and root crops, which must first be hydrolysed to fermentable sugars by the action of enzymes; (c) cellulose from wood, agricultural wastes etc., which

34、must be converted to sugars using either acid or enzymatic hydrolysis. http:/www.viscostar.dk/application/food.htmThe many and varied raw materials for bioethanol production can be conveniently classified into three types:The steps of ethanol production by fermentationThe production of ethanol by fe

35、rmentation involves four major steps: (a) the growth, harvest and delivery of raw material to an alcohol plant; (b) the pre-treatment or conversion of the raw material to a substrate suitable for fermentation to ethanol; (c) fermentation of the substrate to alcohol, and purification by distillation;

36、 and (d) treatment of the fermentation residue to reduce pollution and to recover by-products. 原料：是玉米、木薯，甘蔗等。原料：是玉米、木薯，甘蔗等。有利于提高農(nóng)民收入，巴西、美國政府曾經(jīng)非常流行的一個宣傳口號，有利于提高農(nóng)民收入，巴西、美國政府曾經(jīng)非常流行的一個宣傳口號，“為了農(nóng)民兄弟，請使用汽油醇為了農(nóng)民兄弟，請使用汽油醇( (乙醇汽油乙醇汽油) )！” 菌株：酵母菌株：酵母 生物石油（工業(yè)糖漿）的生產(chǎn)流程生物石油（工業(yè)糖漿）的生產(chǎn)流程 甜高粱秸稈是季節(jié)性原料甜高粱秸稈是季節(jié)性原料如果不儲存很快

37、就會干枯浪費，上游沒有了經(jīng)濟效益，下如果不儲存很快就會干枯浪費，上游沒有了經(jīng)濟效益，下游也沒有原料生產(chǎn)游也沒有原料生產(chǎn)限制了甜高粱秸稈生產(chǎn)乙醇項目規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。限制了甜高粱秸稈生產(chǎn)乙醇項目規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。 f核心技術核心技術“秸稈儲存秸稈儲存”可以把含糖類作物（如：甜高粱、甘可以把含糖類作物（如：甜高粱、甘蔗的頸桿、甜菜、紅薯的莖塊及葉藤等）中的蔗的頸桿、甜菜、紅薯的莖塊及葉藤等）中的糖分統(tǒng)一制成糖分統(tǒng)一制成標準化的工業(yè)糖漿標準化的工業(yè)糖漿。并運用專有軟件和發(fā)明專利實現(xiàn)數(shù)字化、。并運用專有軟件和發(fā)明專利實現(xiàn)數(shù)字化、信息化、自動化監(jiān)控，達到測溫、測糖、測信息化、自動化監(jiān)控，達到測溫

38、、測糖、測pHpH等信息全在掌等信息全在掌控中?？刂小解決了解決了甜高粱秸稈的季節(jié)性甜高粱秸稈的季節(jié)性與與工業(yè)化生產(chǎn)連續(xù)性工業(yè)化生產(chǎn)連續(xù)性的矛盾，克的矛盾，克服了甜高粱秸稈生產(chǎn)乙醇項目規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的障礙。服了甜高粱秸稈生產(chǎn)乙醇項目規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的障礙。 f 生物石油（工業(yè)糖漿）是再生環(huán)保的基礎工業(yè)原料，其主要生物石油（工業(yè)糖漿）是再生環(huán)保的基礎工業(yè)原料，其主要成分是工業(yè)糖漿，有了再生石油就可以生產(chǎn)出大量的能源和成分是工業(yè)糖漿，有了再生石油就可以生產(chǎn)出大量的能源和化工產(chǎn)品，在沙化地上形成一個化工產(chǎn)品，在沙化地上形成一個“綠色的地面油田。綠色的地面油田?！?糖醇能源化工與石油能源化工的

39、比較糖醇能源化工與石油能源化工的比較 f石油工業(yè)：使用污染，原料不能再生f糖醇工業(yè)：使用環(huán)保，原料可再生。與現(xiàn)有技術或工藝比較所具有的優(yōu)勢與現(xiàn)有技術或工藝比較所具有的優(yōu)勢 f糖質(zhì)原料與糧食原料、纖維素原料比較，具有以下優(yōu)勢糖質(zhì)原料與糧食原料、纖維素原料比較，具有以下優(yōu)勢f糖質(zhì)原料：糖質(zhì)原料：來源廣泛，成本低，工藝簡便，產(chǎn)業(yè)化經(jīng)濟來源廣泛，成本低，工藝簡便，產(chǎn)業(yè)化經(jīng)濟效益高。效益高。f糧食原料：糧食原料：原料短缺，制約產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。原料短缺，制約產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。f纖維素原料：纖維素原料：來源廣泛，技術尚不成熟，屬于研開發(fā)階來源廣泛，技術尚不成熟，屬于研開發(fā)階段。段。北京天地日月生物能源科技有限公司北京

40、天地日月生物能源科技有限公司 f在沙化、鹽堿地上種植在沙化、鹽堿地上種植甜高粱甜高粱等含糖類作物，用等含糖類作物，用甜高粱秸稈生產(chǎn)出大量的甜高粱秸稈生產(chǎn)出大量的工業(yè)糖漿工業(yè)糖漿及副產(chǎn)品牛羊及副產(chǎn)品牛羊飼料、紙漿等。飼料、紙漿等。 f 生物石油（工業(yè)糖漿）生物石油（工業(yè)糖漿） 是一種再生環(huán)保的基礎是一種再生環(huán)保的基礎化工原料，是替代石油最理想的產(chǎn)品。有了生物化工原料，是替代石油最理想的產(chǎn)品。有了生物石油（工業(yè)糖漿），就像有了石油一樣可以生產(chǎn)石油（工業(yè)糖漿），就像有了石油一樣可以生產(chǎn)能源和化工產(chǎn)品。如生產(chǎn)能源類有：乙醇、丁醇、能源和化工產(chǎn)品。如生產(chǎn)能源類有：乙醇、丁醇、糖電池；化工類有：乙烯、塑料

41、、化纖等糖電池；化工類有：乙烯、塑料、化纖等玉米與燃料乙醇玉米與燃料乙醇 燃料乙醇主要以玉米為原料，而玉米發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇的效率是3.3:1，即：一噸燃料乙醇需要3.3噸玉米 我國2005年汽油消費量為4800萬噸，預計2010年車用油達到6650萬噸，按照10%添加，需要燃料乙醇665萬噸，消化玉米2200萬噸，占玉米總量的18%以上燃料乙醇生產(chǎn)導致玉米價格上漲燃料乙醇生產(chǎn)導致玉米價格上漲f全球全球40%的玉米產(chǎn)量來自美國的玉米產(chǎn)量來自美國f全球全球70%的玉米出口來自美國的玉米出口來自美國f2000年生產(chǎn)玉米消耗年生產(chǎn)玉米消耗5%的玉米的玉米f2006年生產(chǎn)乙醇消耗年生產(chǎn)乙醇消耗20%的玉

42、米，約的玉米，約5000萬噸萬噸f2000年美國燃料乙醇廠為年美國燃料乙醇廠為54家，生產(chǎn)家，生產(chǎn)75億升汽油億升汽油f2006年美國燃料乙醇廠為年美國燃料乙醇廠為100多家，生產(chǎn)多家，生產(chǎn)190億升億升汽油汽油我國燃料乙醇生產(chǎn)現(xiàn)狀我國燃料乙醇生產(chǎn)現(xiàn)狀f2000年，燃料乙醇項目啟動，是中國年，燃料乙醇項目啟動，是中國“十五十五”十十大重點工程，大重點工程，2001年，國家批準吉林燃料乙醇項年，國家批準吉林燃料乙醇項目目f2006年年12月月18日，國家發(fā)改委下發(fā)緊急通知，要日，國家發(fā)改委下發(fā)緊急通知，要求立即暫停核準和備案玉米深加工項目求立即暫停核準和備案玉米深加工項目f2001年玉米深加工消

43、耗玉米約年玉米深加工消耗玉米約1250萬噸萬噸f2005年增加到年增加到2300萬噸以上，占玉米產(chǎn)量約萬噸以上，占玉米產(chǎn)量約20%四家生物燃料乙醇企業(yè)概況四家生物燃料乙醇企業(yè)概況公司公司吉林生物燃料乙醇吉林生物燃料乙醇有限責任公司有限責任公司黑龍江華潤黑龍江華潤酒精公司酒精公司河南天冠基團河南天冠基團 安徽豐原燃料酒安徽豐原燃料酒精有限公司精有限公司廠址廠址吉林吉林肇東肇東南陽南陽蚌埠蚌埠股東股東中石油、吉林糧食中石油、吉林糧食集團、中國華潤總集團、中國華潤總公司公司香港華潤基香港華潤基團團河南天冠基團、河南天冠基團、中石化、河南中石化、河南省建設投資總省建設投資總公司公司安徽豐原生物化安徽豐

44、原生物化學股份有限公司、學股份有限公司、中石化安徽石油中石化安徽石油總公司總公司年產(chǎn)量年產(chǎn)量30萬噸萬噸10萬噸萬噸30萬噸萬噸12萬噸萬噸工藝工藝玉米濕法玉米濕法玉米干法玉米干法小麥濕法小麥濕法玉米濕法玉米濕法 目前燃料乙醇的生產(chǎn)方法目前燃料乙醇的生產(chǎn)方法 1 用糖類如糖蜜用糖類如糖蜜(甘蔗、甜菜甘蔗、甜菜)作為原料生產(chǎn)乙醇作為原料生產(chǎn)乙醇 巴西、阿根廷等巴西、阿根廷等 2 用谷物淀粉類（玉米、小麥、高粱和水稻，甘薯、木薯和用谷物淀粉類（玉米、小麥、高粱和水稻，甘薯、木薯和馬鈴薯等）作為原料生產(chǎn)乙醇馬鈴薯等）作為原料生產(chǎn)乙醇 美國、歐洲等美國、歐洲等 3 用纖維素類作為原料生產(chǎn)乙醇用纖維素類

45、作為原料生產(chǎn)乙醇 目前的關鍵問題是原材料纖維素的預處理、高效的發(fā)酵工目前的關鍵問題是原材料纖維素的預處理、高效的發(fā)酵工藝藝 輔助原料：酶制劑、尿素、純堿、活性干酵母和硫酸等。輔助原料：酶制劑、尿素、純堿、活性干酵母和硫酸等。 酶制劑：耐高溫淀粉酶、高活性糖化酶酶制劑：耐高溫淀粉酶、高活性糖化酶 淀粉微生物發(fā)酵法工藝淀粉微生物發(fā)酵法工藝 粉碎和制漿粉碎和制漿 液化、糖化和發(fā)酵液化、糖化和發(fā)酵 蒸餾、脫水和變性蒸餾、脫水和變性 發(fā)酵所需的微生物主要是酵母菌發(fā)酵所需的微生物主要是酵母菌 糖酵解糖酵解 -第一階段第一階段 反應主要為磷酸化反應主要為磷酸化第一階段第一階段第二階段第二階段第三階段第三階段

46、第四階段第四階段 Diverse fates of pyruvateCO2+H2OEthanol and lactate can be formed by reactions involving NADH. Alternatively, a two-carbon unit from pyruvate can be coupled to coenzyme to form acetyl CoA.丙酮酸的去路丙酮酸的去路(無氧條件無氧條件p354) （1）乳酸發(fā)酵）乳酸發(fā)酵（微生物、人體肌肉等）（微生物、人體肌肉等）COOHCOCH3NADH + HNAD+CH3CHOHCOOH終產(chǎn)物乳酸的去路：終

47、產(chǎn)物乳酸的去路：釋放入血，進入肝臟釋放入血，進入肝臟再進一步代謝：再進一步代謝：分解利用、乳酸循環(huán)分解利用、乳酸循環(huán)(糖異生糖異生)乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶2丙酮酸丙酮酸2乳酸乳酸丙酮酸的去路丙酮酸的去路(無氧呼吸無氧呼吸) （2）乙醇發(fā)酵）乙醇發(fā)酵（酵母等微生物）（酵母等微生物）COOHCOCH3CO2HCOCH3NADH + HNAD+CH3CH2OH丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶+TPP乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶反應中的反應中的NADH+H+來來自于上述第自于上述第6步反應中的步反應中的3-磷酸甘油醛脫磷酸甘油醛脫氫反應氫反應2丙酮酸丙酮酸2乙醛乙醛2乙醇乙醇酒糟蛋白飼料(商品名稱DDGS)即含有可溶固

48、形物的干酒糟。在以玉米為原料發(fā)酵制取乙醇過程中，其中的淀粉被轉(zhuǎn)化成乙醇和二氧化碳，其他營養(yǎng)成分如蛋白質(zhì)、脂肪、即含有可溶固形物的干酒糟。在以玉米為原料發(fā)酵制取乙醇過程中，其中的淀粉被轉(zhuǎn)化成乙醇和二氧化碳，其他營養(yǎng)成分如蛋白質(zhì)、脂肪、纖維等均留在酒糟中。同時由于微生物的作用，酒糟中蛋白質(zhì)、族維生素及氨基酸含量均比玉米有所增加，并含有發(fā)酵中生成的未知促纖維等均留在酒糟中。同時由于微生物的作用，酒糟中蛋白質(zhì)、族維生素及氨基酸含量均比玉米有所增加，并含有發(fā)酵中生成的未知促生長因子。生長因子。市場上的玉米酒糟蛋白飼料產(chǎn)品有兩種：一種為市場上的玉米酒糟蛋白飼料產(chǎn)品有兩種：一種為DDG（Distillers

49、 Dried Grains），），是將玉米酒精糟作簡單過濾，濾渣干燥，濾清液排放掉，是將玉米酒精糟作簡單過濾，濾渣干燥，濾清液排放掉，只對濾渣單獨干燥而獲得的飼料；另一種為只對濾渣單獨干燥而獲得的飼料；另一種為DDGS（Distillers Dried Grains with Solubles），）， 是將濾清液干燥濃縮后再與濾渣混合干燥而是將濾清液干燥濃縮后再與濾渣混合干燥而獲得的飼料。后者的能量和營養(yǎng)物質(zhì)總量均明顯高于前者。獲得的飼料。后者的能量和營養(yǎng)物質(zhì)總量均明顯高于前者。由于由于DDGS的蛋白質(zhì)含量在的蛋白質(zhì)含量在26以上，已成為國內(nèi)外飼料生產(chǎn)企業(yè)廣泛應用的一種新型蛋白飼料原料，在畜禽

50、及水產(chǎn)配合飼料中通常用來以上，已成為國內(nèi)外飼料生產(chǎn)企業(yè)廣泛應用的一種新型蛋白飼料原料，在畜禽及水產(chǎn)配合飼料中通常用來替代豆粕、魚粉，添加比例最高可達替代豆粕、魚粉，添加比例最高可達30，并且可以直接飼喂反芻動物。，并且可以直接飼喂反芻動物。 國外、國內(nèi)纖維素類物質(zhì)研究燃料乙醇的概國外、國內(nèi)纖維素類物質(zhì)研究燃料乙醇的概況況f美國美國 到到20152015年把燃料乙醇的成本降低年把燃料乙醇的成本降低36%36%，研發(fā)轉(zhuǎn)基因技術，研發(fā)轉(zhuǎn)基因技術，完善同步糖化發(fā)酵法、并行糖化發(fā)酵法，直接發(fā)酵法等完善同步糖化發(fā)酵法、并行糖化發(fā)酵法，直接發(fā)酵法等f日本日本 纖維素的前處理、糖化和發(fā)酵技術開發(fā)、纖維素酶育纖

51、維素的前處理、糖化和發(fā)酵技術開發(fā)、纖維素酶育種等種等f巴西巴西f瑞典瑞典 2020 2020年之后利用纖維素生產(chǎn)的燃料乙醇全部替代石油年之后利用纖維素生產(chǎn)的燃料乙醇全部替代石油燃料燃料f我國我國 1980 1980年，開發(fā)利用纖維素資源作為動力燃料提上日程年，開發(fā)利用纖維素資源作為動力燃料提上日程 “ “十五十五”規(guī)劃、規(guī)劃、“十一五十一五”規(guī)劃，規(guī)劃，20062006年河南天冠年年河南天冠年產(chǎn)產(chǎn)3000t3000t纖維乙醇項目等纖維乙醇項目等纖維素、半纖維素微生物發(fā)酵纖維素、半纖維素微生物發(fā)酵 木質(zhì)纖維素的處理木質(zhì)纖維素的處理 物理方法：微粉碎處理、微波處理、蒸汽爆碎預處理物理方法：微粉碎處

52、理、微波處理、蒸汽爆碎預處理 目的在于降低結晶度，破壞木質(zhì)素和半纖維素的結合層目的在于降低結晶度，破壞木質(zhì)素和半纖維素的結合層 化學方法：用酸、堿、有機溶劑等處理纖維素材料，降低結晶化學方法：用酸、堿、有機溶劑等處理纖維素材料，降低結晶度和溶解脫除木質(zhì)素的作用，臭氧法度和溶解脫除木質(zhì)素的作用，臭氧法 物理化學復合處理方法物理化學復合處理方法 微生物方法：褐腐菌（纖維素）、白腐菌、軟腐菌（纖維素和微生物方法：褐腐菌（纖維素）、白腐菌、軟腐菌（纖維素和木質(zhì)素）木質(zhì)素） 發(fā)酵生產(chǎn)乙醇發(fā)酵生產(chǎn)乙醇 發(fā)酵方式發(fā)酵方式 Recalcitrance of Biomass Cellulose in highe

53、r plants is organized into microfibrils A microfibrils cellulose core is surrounded by hemicellulose, a branched polymer Hemicellulose forms covalent associations with lignin, a rigid aromatic polymer 56Pretreatment58Biomass Refining Consortium for Applied Fundamentals and Innovation (CAFI) organize

54、d in late 1999 in Dallas and early 2000 in ChicagoDevelop data on leading pretreatments using: Common feedstocks Shared enzymes Identical analytical methods The same material and energy balance methods The same costing methodsProvide information to help industry select technologies for applications

55、Not to “downselect” pretreatments as it is vital to provide data on promising options so others can decide which to employ lack of data clouds decisionsAlso seek to understand mechanisms that influence performance and differentiate pretreatments Provide technology base to facilitate commercial use I

56、dentify promising paths to advance pretreatment technologiesCAFI ApproachEthanolrecovery EnzymatichydrolysisSugarfermentationHydrolyzateconditioningCentral Role and Pervasive Impact of Pretreatment for Biological ProcessingHydrolyzatefermentationEnzymeproductionBiomass productionHarvesting, storage,

57、 size reductionResidueutilization Wastetreatment PretreatmentCAFI 1CAFI 3CAFI 2Reduce enzyme loadingsEffect of enzyme formulation發(fā)酵生產(chǎn)乙醇發(fā)酵生產(chǎn)乙醇 纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇 纖維素是一種由纖維素是一種由100-1000個個-D-D-吡喃型葡萄糖單體以吡喃型葡萄糖單體以-1,4-1,4-糖糖苷鍵連接的直鏈多糖，多個分子平行緊密排列成絲狀不溶性微小苷鍵連接的直鏈多糖，多個分子平行緊密排列成絲狀不溶性微小纖維。在工業(yè)上，纖維素經(jīng)預處理后，釋放出的葡萄糖即

58、可進入纖維。在工業(yè)上，纖維素經(jīng)預處理后，釋放出的葡萄糖即可進入乙醇發(fā)酵途徑。乙醇發(fā)酵途徑。半纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇半纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇 經(jīng)過預處理以及糖化處理后，半纖維素被水解成了各種單糖，其經(jīng)過預處理以及糖化處理后，半纖維素被水解成了各種單糖，其中中D-木糖約占木糖約占90%。 木糖一方面在木糖異構酶作用下產(chǎn)生木酮糖進入戊糖途徑產(chǎn)生乙木糖一方面在木糖異構酶作用下產(chǎn)生木酮糖進入戊糖途徑產(chǎn)生乙醇；另一方面在木糖還原酶作用產(chǎn)生木糖醇，然后在木糖醇脫氫醇；另一方面在木糖還原酶作用產(chǎn)生木糖醇，然后在木糖醇脫氫酶作用產(chǎn)生木酮糖進入戊糖途徑產(chǎn)生乙醇。酶作用產(chǎn)生木酮糖進入戊糖途徑產(chǎn)生乙醇。 目前最有工業(yè)應用前景

59、：管束酵母、樹干畢赤酵母、休哈塔目前最有工業(yè)應用前景：管束酵母、樹干畢赤酵母、休哈塔假絲酵母假絲酵母發(fā)酵方式發(fā)酵方式 纖維素直接發(fā)酵法：利用纖維素分解菌直接發(fā)酵纖維纖維素直接發(fā)酵法：利用纖維素分解菌直接發(fā)酵纖維素生產(chǎn)乙醇，不需酸解或酶解的前處理過程。素生產(chǎn)乙醇，不需酸解或酶解的前處理過程。 工藝工藝簡單，成本低，但乙醇產(chǎn)率不高，易產(chǎn)生有機酸等副簡單，成本低，但乙醇產(chǎn)率不高，易產(chǎn)生有機酸等副產(chǎn)物。產(chǎn)物。 間接發(fā)酵法：用纖維素酶將纖維素分解，收集酶解液間接發(fā)酵法：用纖維素酶將纖維素分解，收集酶解液作為酵母發(fā)酵基質(zhì)生產(chǎn)乙醇。作為酵母發(fā)酵基質(zhì)生產(chǎn)乙醇。 同步糖化發(fā)酵法：將纖維素的酶水解過程和糖的乙醇同

60、步糖化發(fā)酵法：將纖維素的酶水解過程和糖的乙醇發(fā)酵過程在同一容器內(nèi)同時進行。發(fā)酵過程在同一容器內(nèi)同時進行。 優(yōu)點：酶水解產(chǎn)物葡萄糖不斷地被發(fā)酵成乙醇，從而優(yōu)點：酶水解產(chǎn)物葡萄糖不斷地被發(fā)酵成乙醇，從而解除了葡萄糖對纖維素酶的反饋抑制，有利于酶的水解除了葡萄糖對纖維素酶的反饋抑制，有利于酶的水解反應的進行，從而提高了糖化和發(fā)酵效率。解反應的進行，從而提高了糖化和發(fā)酵效率。 纖維素酶的最適作用溫度是纖維素酶的最適作用溫度是50度左右，而酵母菌發(fā)度左右，而酵母菌發(fā)酵的最高溫度是酵的最高溫度是37-40度度 篩選耐高溫的產(chǎn)乙醇酵母菌，進行高溫同步糖化發(fā)篩選耐高溫的產(chǎn)乙醇酵母菌，進行高溫同步糖化發(fā)酵酵 固