纤维质原料制乙醇

1、纤维质原料制乙醇基本概念基本概念国内外生产情况生物法生物法热化学法小结参考文献一、生产概况1、基本概念（1）是什么（2）为什么（3）怎么做纤维质原料是什么？制取的乙醇可以做什么？为什么要使用纤维质原料制取乙醇？前景如何？怎么生产？是什么纤维质原料纤维质原料：即含纤维素的一类原料。它包括：农作物下脚料森林和木材加工工业下脚料工厂纤维素和半纤维素下脚料城市生活纤维垃圾生物乙醇生物乙醇；指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精。它可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。有些资源造成严重环境污染有些资源造成严重环境污染纤维质原料资源丰富，纤维质原料资源丰富，绝大部分没得到有效利用绝大部分没得

2、到有效利用化石能源紧缺化石能源紧缺我国人口众多，耕地面积逐年减少，我国人口众多，耕地面积逐年减少，乙醇发酵工业成本剧增。乙醇发酵工业成本剧增。传统的燃料发酵工业常以粮食传统的燃料发酵工业常以粮食（玉米、大米、薯干）或糖蜜等为原料（玉米、大米、薯干）或糖蜜等为原料。为什么2 2、生产前景和国内外的生产情况（1 1）生产前景纤维素发酵制燃料乙醇符合“不与人争粮，不与粮争夺地”原则，用以生产燃料乙醇，具有诱人的生产前景（2 2）国内生产情况浙江大学主持的“利用农业纤维废弃物代替粮食生产酒精”的项目已在河北完成中试生产。华东理工大学于2005年已建成了纤维乙醇600吨/年的示范性工厂，转化率达到70%

3、。（3 3）国外生产情况丹麦凯隆堡的因必肯（Inbicon）生物炼厂日前投入运行。该工厂每年可以小麦秸秆为原料生产140万加仑纤维素乙醇，使因必肯成为全球最大的纤维素乙醇生产商。二、生产方法生产方法热化学法生物法生物法生物质水解生物质水解发酵工艺发酵工艺生物质合成气发酵工艺（1）热化学法）热化学法热化学转化碳水化合物为乙醇的新方法，是使反应物的水溶液和金属盐的混合物反应物的水溶液和金属盐的混合物，在升高温度升高温度的条件下，形成中间络合物盐形成中间络合物盐或金属乳酸盐或金属乳酸盐，当有水存在时，络合物盐当有水存在时，络合物盐经高温分解经高温分解.一步转化成乙醇一步转化成乙醇，同时生成金属盐并释

4、放出二氧化碳气体。热化学法的催化剂催化剂是金属盐类金属盐类.比较好的是氧化物，氢氧化物.以及碱金属和碱土金属的碳酸盐。适合本方法的原料来源极广原料来源极广，最常用的是糖类，单糖、多糖、低聚糖如庄稼的杆茎，木质纤维素如木渣等.（2）生物质合成气发酵工艺）生物质合成气发酵工艺1、热化学法与生物质合成气发酵工艺生物质合成气发酵工艺生产乙醇是一种由生物质间接制备乙醇的方法，集成了热化学和生物发酵2种工艺过程。首先，通过气化反应装置把生物质转化生物质转化成富含成富含CO、CO2和和H2的中间气体的中间气体。然后这些成分进入气体整合设备，转化转化成生物质合成气。成生物质合成气。整合后的合成气进入发酵设备后

5、通过细通过细菌的作用转化为乙醇。菌的作用转化为乙醇。2、生物质水解发酵工艺工艺流程工艺流程（1）预处理（3）发酵）发酵（2）糖化）糖化（1）预处理 预处理的主要目的是降低纤降低纤维素的分子物质，打开其密集维素的分子物质，打开其密集的晶状结构，以利于进一步的的晶状结构，以利于进一步的分解和转化分解和转化。 预处理过程中，半纤维素通常直接被水解成了各种单糖（如木糖，阿拉伯糖等），剩下的不溶物质主要是纤维素和木质素。方法例证热机械法碾磨、粉碎、抽取自动水解法蒸汽爆破、超临界CO2爆破酸处理法稀酸（H2SO4、HCl）、浓酸、乙酸等碱处理法NaOH、碱性过氧化氢、氨水有机溶剂处理法甲醇、乙醇、丁醇苯（

6、2）糖化（水解）原理植物纤维素的水解主要是指纤维素和半纤维素的水解。纤维素的最终产物是葡萄糖：(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6半纤维素的最终产物：木聚糖、葡萄糖、己糖、戊糖：(C5H8O4)m + mH2O mC5H10O5(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6分类浓酸水解稀酸水解酶水解浓酸水解浓酸水解稀酸水解稀酸水解酶水解酶水解定义在浓度为41一42的盐酸、65一72的硫酸或80一85的硝酸中将生物质水解成单糖的方法。用10以内的硫酸或盐酸等无机酸为催化剂将纤维素、半纤维素水解成单糖的方法。利用纤维素酶对生物质的纤维素进行水解进而发酵生成乙醇。机理结晶纤维素

7、在较低的温度下可完全溶解于72的硫酸或42的盐酸中，转化成含几个葡萄糖单元的低聚糖(主要是纤四糖)。把此溶液加水稀释并加热，经一定时间后就可把纤四糖水解为葡萄糖。在纤维素的稀酸水解中，水中的氢离子可和纤维素上的氧原子相结合，使其变得不稳定，容易和水反应，使纤维素长链在该处断裂，连续解聚，直到分解成葡萄糖，同时又放出氢离子。纤维素酶不是单一物质，其主要成分为内切葡萄糖酶、外切葡萄糖酶和一葡萄糖苷酶。其中内切葡萄糖酶的作用是随机地切割一1，4葡萄糖苷键，使纤维素长键断裂；外切葡萄糖酶的作用是从纤维素长 链的还原端切割下葡萄糖和纤维素二糖；一葡萄糖苷酶的作用是把纤维二糖和短链低聚糖分解成葡萄糖。特点

8、糖的回收率高，最高可达90以上；所需时间长；所用的酸必须回收；对设备的腐蚀严 重，环境污染大。反应温度较高，条件剧烈；会得到对发酵有害的副产物；影响因素较多，糖产率较低，约为50一70。在常温下进行，过程能耗较低；酶的选择性高，糖产率高，可大于95；提纯过程简单，无污染。所需时间长，一般需要几天；酶的成产成本高，水解原料须经预处理。浓酸水解浓酸水解稀酸水解稀酸水解纤维素 酸复合物 低聚糖 葡萄糖纤维素 水解纤维素 可溶性多糖 葡萄糖直接发酵法直接发酵法由纤维分解细菌直接发酵纤维素生成乙醇成本低廉，产率不高，有副产物产生水解发酵二段水解发酵二段法（法（SHF）先用纤维素酶水解纤维素，酶解得到的糖

9、液再进行发酵产物乙醇受末端产物、低浓度细胞以及基质的抑制。同步糖化发酵同步糖化发酵法（法（SSF）将纤维素酶解和乙醇发酵在同一个反应器中进行。简化设备，降低污染，提高生产时间固定化细胞发固定化细胞发酵法酵法能够使反应器内细胞密度增加，细胞连续可用，最终提高发酵液的乙醇浓度。常用载体：明胶、海藻酸钠、卡拉胶等按发酵工艺分类按发酵工艺分类（3）发酵按发酵按发酵菌种分菌种分类类酵母乙醇酵母乙醇发酵法发酵法细菌乙醇细菌乙醇发酵法发酵法葡萄糖葡萄糖EMP丙丙酮酸酮酸乙醛醛脱羧乙醇乙醇还原C6H12O6 + 2ADP + 2H3PO4 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP（3）发酵 C6H12O6

10、+ ADP + H3PO4 2C2H5OH + CO2 + ATP无氧条件无氧条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脱水6-磷磷酸葡萄糖酸葡萄糖酶分解丙丙酮酮酸酸（后同左）小结纤维质原料制乙醇纤维质原料制乙醇生产情况生产情况生产方法生产方法热化学法热化学法生物法生物法预处理预处理糖化糖化（水解）（水解）发酵发酵浓酸解浓酸解稀酸解稀酸解酶解酶解酵母酵母乙醇乙醇发酵发酵细菌细菌乙醇乙醇发酵发酵参考文献李天政.热化学制乙醇新工艺N.PCT钱伯章.我国纤维素乙醇开发进展J.化工新型材料（2009.3，第37卷第3期）P41-43张素平，颜涌捷，任铮伟，李庭琛.纤维素制取乙醇技术J.化学进展（2007.08，第19卷第7/8期）P1129-1133董平.生物法制取纤维素乙醇技术J.现代化工(2011.10，第31卷增刊2）P40-44武冬梅，李翼