玉米生質酒精

玉米生質酒精第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六前言

生質酒精是現(xiàn)今全世界最受矚目的再生能源之一，年產量豐沛且使用酒精替代汽油亦或添加於汽油當中，故可減少溫室氣體淨排放量。目前可用來生產酒精的生質原料相當廣泛，主要包括糖類、澱粉及木質纖維素等?；旧?，以糖類或澱粉原料生產酒精的技術已趨於成熟發(fā)展，不過為了避免與人類糧食競爭，造成爭議以及糧食物價飆漲，則以木質纖維酒精為主要發(fā)展。第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六生質酒精來源第一類:醣質原料富含簡單的醣類EX-甘蔗，甜高梁等第二類:澱粉質原料

EX-小麥、玉米、木薯、甘藷等第三類:纖維質原料農業(yè)廢棄物EX-玉米桿、稻桿等第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六製程目標概述生質酒精是現(xiàn)今最具潛力之替代能源，可替代汽油亦或與汽油混合使用，具有高純度、方便儲存與低危險性等優(yōu)點，可減少溫室氣體淨排放量。生物質為地球上最豐富之永續(xù)資源，為避免與人類糧食競爭，則以木質纖維酒精為主要發(fā)展。第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六以木質纖維素作為生質酒精的優(yōu)點1.原料成本低2.來源多樣化3.避免糧食發(fā)生衝突第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六步驟一：前處理步驟二：纖維素與半纖維素水解醣化步驟四：酒精純化製程之流程圖步驟三：經(jīng)發(fā)酵製程轉換為酒精第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六採用之製程方式採用分開酵素水解與醱酵製（SeparateHydrolysisandFermentation，SHF）所謂「分開酵素水解與醱酵製程」係指先利用前處理後之纖維素半纖維素之固態(tài)物料分解成可溶解醣，再利用微生物將酵素水解階段所得含有可醱酵醣之水解液醱酵成乙醇等二階段程序。第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六1.前處理第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六前處理概述前處理是提高木質纖維素水解效率與降低生產成本之最有效程序。主要目的是降低纖維素的聚合度、結晶度、破壞木質素、脫去木質素和增加比表面積。第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六採用的前處理方式：第一步前處理機械粉碎前處理玉米桿以機械粉碎處理，以球磨、研磨或壓縮將纖維質粉碎。經(jīng)粉碎的纖維素粉末沒有膨潤性，減小原料粒徑，增加原料內比表面積並破壞晶體結構，有利於提高基質的醣化。第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六第二步前處理：蒸氣爆裂法蒸汽爆裂法是處理木質纖維素最常使用之前處理方法，具有能源與化學物需求較低等優(yōu)點。一般而言，蒸汽爆裂法是將木質纖維素原料置於高溫高壓之環(huán)境中，然後迅速將壓力減小，使木質纖維素原料歷經(jīng)爆炸性之減壓過程，其所需時間從數(shù)秒鐘到數(shù)分鐘不等，其間歷經(jīng)溫度從160℃到260℃、壓力從0.69Mpa到4.83Mpa之變化。影響蒸汽爆裂法之因素有停留時間、溫度、濕度與原料顆粒大小等。第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六2.稀酸水解半纖維素及纖維素第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六為了因應纖維素與半纖維素差異，稀酸水解製程分成兩個階段：第一階段係於較溫和之條件下，將半纖維素水解成單醣。第二階段則以最佳化之條件，將纖維素水解成葡萄糖。第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六第一階段：半纖維素水解第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六半纖維素水解水解H+n（C5H10O5）（C5H8O4）n+nH2O反應過程：半纖維素(水解)木糖(五碳醣)第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六第一階段：半纖維素水解第一階段水解後之含醣溶液被導入液體萃取器，而呈現(xiàn)泥漿狀之流出物則導入分離器進行固液分離，分離後之液體導入液體萃取器，固體則導入粉碎機增加細度與接觸面積，而後再導入敏化器，透過敏化作用提高纖維素之水解速率，然後將敏化後之固體與液體一起進行第二階段水解。第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六第一階段水解液體萃取器分離器五碳醣溶液發(fā)酵槽五碳醣溶液粉碎器及敏化器水解後之含糖溶液第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六稀酸水解半纖維素條件

設備為批式反應器溶液為稀硫酸(0.5~1wt%)反應條件：加熱至190度℃、時間為5~10分鐘第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六第二階段：纖維素水解第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六纖維素水解水解H+反應過程：纖維素(水解)葡萄糖(六碳醣)N(C6H12O6)(C6H10O5)n+nH2O第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六第二階段：纖維素水解第二階段水解後之泥漿狀產物，則導入分離器進行固液分離，分離後之液體則導回第一階段，固體則進行後續(xù)之殘渣處理，產製CO2、甲烷、甲酸、甲醇等副產品。第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六第二階段水解液體萃取器分離器六碳醣溶液發(fā)酵槽六碳醣溶液殘渣處理水解後之含糖溶液第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六稀酸水解纖維素條件

設備為批式反應器溶液為稀硫酸(0.5~1wt%)反應條件：加熱至230度℃、時間為60分鐘第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六4.發(fā)酵製程第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六發(fā)酵條件碳源必須為木糖(半纖維)或葡萄糖(纖維素)。特定的酵母菌珠：

五碳糖(木糖)主要酵母菌Pichiastipitis。特定的酵母菌珠：六碳糖(葡萄糖)則使用Zymomonasmobilis。第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六發(fā)酵環(huán)境五碳醣必須在微氧的環(huán)境下，最適合發(fā)酵溫度為30℃。六碳醣酵母菌發(fā)酵通常在30~38度之間。微生物生長在PH值3.5~7.5之間。微生物耐酒精濃度2~10%。第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六5.蒸餾第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六採用之蒸餾方法萃取蒸餾法利用蒸餾法使酒精脫水必須先破除酒精-水共沸組成的限制，用夾帶劑改變原有酒精-水之相對揮發(fā)度若是夾帶劑具高沸點與水由蒸餾塔底分離出，塔頂?shù)玫綗o水酒精，稱為萃取蒸餾。由於水的沸點為100℃，而酒精為78℃兩者之間沸點相近，所以需用夾帶劑來提高兩者之間的沸點差，以利於分離純化。第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六萃取蒸餾脫水萃取蒸餾的夾帶劑，為沸點較高之溶劑，常用之萃取劑為乙二醇、甘油。本製成採用之萃取劑：乙二醇、甘油等萃取劑在萃取蒸餾脫水塔內夾帶水至塔底，塔底之萃取劑及水再送入回收塔回收萃取劑再利用。酒精濃度大於99.5wt%之無水酒精由萃取蒸餾脫水塔塔頂產出。第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六萃取蒸餾之夾帶劑解說第30頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六萃取蒸餾法酒精脫水流程圖無水酒精第31頁，共32頁，2023年，2月20日，星期六參考文獻.tw/image_doc/09%C5%D6%BA%FB%B0s%BA%EB%A7%DE%B3N%A4%A7%B5o%AEi%281%29.pdfBrink,D.L.1993.Methodoftreatingbiomassmaterial.U.S.PatentNo.5,221,357.

DOE.2006a.U.S.DepartmentofEnergy:EnergyEfficiencyandRenewableEnergy.Availableat:/biomass/dilute_acid.html.Accessed10April2006.

Szebgyel,Z.2000.Ethanolfromwoodcelluloseenzymeproduction.,LundUniversity,Sweden:Lund..tw/mypdf/be03-3-1.html.tw/article/articles/technical/(2005-09-13)%20%C5%D6%BA%FB%AF%C0%C2%E0%B4%AB%A5%CD%BD%E8%B0s%BA%EB%A7%DE%B3N%B1M%A7Q%C0%CB%AF%C1%BBP%A4%C0%AAR%B3%F8%A7i.as