生物乙醇 张梓勍 1730068022 随着工业革命的进行,石油成为了人们生活中不可缺少的成分一一尤其是出 行。石油因为它热值髙、液态便于计算携带的优势,成为了世界争夺的“珍宝” 然而随着时代的进一步发展,人们发现石油燃烧产生的不完全燃烧物及释放的大 量气体,不仅加快了温室效应的产生,还成为产生光化学烟雾的污染源。于是, 人们出于加强能源安全、减少温室气体排放和促进农业发展等多方面考虑,积极 鼓励生物液体燃料发展,而应用于汽油中的生物乙醇,便是其中的代表。 、技术原理 具体而言,按照技术和工艺的发展进程,生物燃料乙醇可分为三代。第 代以玉米、小麦等粮食为原料;第1.5代以木薯、甘蔗、甜高粱茎秆等经济作物 为原料;第2代则以玉米秸秆等纤维素物质为原料。 在乙醇是由玉米等经过发酵而制得时,传统制法有两种:湿法研磨和干法粉 碎。两种方法都是将玉米中可发酵成为乙醇的淀粉与其他部分分离,进而将其发 酵转化成乙醇。而玉米不能发酵的部分则被制作成饲料等副产品出售 预处理、水解 发酵 玉米秸杆 糖液 酒精 生产的乙醇的确有了环保的作用,但是由于使用粮食作物作为生产原料,饲 料产量低、原料消耗量大等问题限制了该技术的推行,于是人们将目光放在了秸 秆一一农业的废弃物中。 秸秆是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、 油菜、棉花、甘蔗和其它农作物(通常为粗粮)在收获籽实后的剩余部分。农作 物光合作用的产物一半以上存在于秸秆中,秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机 质等。 秸秆 氨水成碳酸氢铵 SoyA 过滤]“滤液 液态发醇[蒸 [纤维素酶 精馏 产航製丝牌母 固态蒸馏 闔态废渣 秸秆转化为乙醇有两步:
生物乙醇 张梓勍 17300680223 随着工业革命的进行，石油成为了人们生活中不可缺少的成分——尤其是出 行。石油因为它热值高、液态便于计算携带的优势，成为了世界争夺的“珍宝”。 然而随着时代的进一步发展，人们发现石油燃烧产生的不完全燃烧物及释放的大 量气体，不仅加快了温室效应的产生，还成为产生光化学烟雾的污染源。于是， 人们出于加强能源安全、减少温室气体排放和促进农业发展等多方面考虑，积极 鼓励生物液体燃料发展，而应用于汽油中的生物乙醇，便是其中的代表。 一、技术原理 具体而言，按照技术和工艺的发展进程，生物燃料乙醇可分为三代。第 1 代以玉米、小麦等粮食为原料；第 1.5 代以木薯、甘蔗、甜高粱茎秆等经济作物 为原料；第 2 代则以玉米秸秆等纤维素物质为原料。 在乙醇是由玉米等经过发酵而制得时，传统制法有两种：湿法研磨和干法粉 碎。两种方法都是将玉米中可发酵成为乙醇的淀粉与其他部分分离，进而将其发 酵转化成乙醇。而玉米不能发酵的部分则被制作成饲料等副产品出售。 生产的乙醇的确有了环保的作用，但是由于使用粮食作物作为生产原料，饲 料产量低、原料消耗量大等问题限制了该技术的推行，于是人们将目光放在了秸 秆——农业的废弃物中。 秸秆是成熟农作物茎叶（穗）部分的总称。通常指小麦、水稻、玉米、薯类、 油菜、棉花、甘蔗和其它农作物（通常为粗粮）在收获籽实后的剩余部分。农作 物光合作用的产物一半以上存在于秸秆中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机 质等。 秸秆转化为乙醇有两步：
1、纤维素水解。预处理后的纤维素需要进一步水解成单糖,才能被微生物利 用发酵生产乙醇,目前主要采用酸水解工艺和酶水解工艺。酸水解工艺是利用无 机酸进行催化,使纤维素转化为单糖,温度一般在100~300e,时间较短,催化剂的 成本较低。酶水解工艺是利用纤维素酶将纤维素水解成单糖,酶水解工艺的优点 在于:可在常温下反应,水解副产物少,糖化得率高,不产生有害发酵物质,并且可 以和发酵过程耦合。 2、发酵。纤维素和半纤维素水解后的五碳糖和六碳糖可以在酵母等微生物 的代谢下生成乙醇。 C6H12O6酶→2C3H4O3+4H+2ATP(少量) 2CH4O3+4H]+酶→2C2HOH(酒精)+2CO2+能量(少量 二、技术应用 生物乙醇主要应用于乙醇汽油。 我国,乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。 乙醇的分子组成是C2H5O,无限溶于水,与烃类燃料相溶性差。乙醇可以 单独作为汽车燃料,也可和汽油或柴油混合形成混合燃料 用乙醇汽油作为一种清洁的发动机燃料油具有以下优点: 1、辛烷值高,抗爆性好。乙醇的低热值相当于汽油的60.9%,相当于柴油的62.8%, 但从相对能耗的角度看,其热效率并不比汽油和柴油低。同时是提髙汽油辛烷值 的良好添加剂。 2、乙醇含氧量髙达34.T%。在汽油中含10%的乙醇,含氧量就能达到3.5%。高 的含氧量有利于减少不完全燃烧物的排放。 3、乙醇的汽化潜热大,有助于改善№等排放,降低汽车尾气排放,改善能源结 构 4、燃料乙醇的生产资源丰富,技术成熟。当在汽油中掺兑少于10%时,对在用 汽车发动机无需进行大的改动,即可直接使用乙醇汽油。 液体曲 淀粉质原料粉碎 拌料强化器蒸煮化 无水乙醇 吸附塔 变性乙醇 再沸器 沼气发酵 心分离器
1、纤维素水解。预处理后的纤维素需要进一步水解成单糖,才能被微生物利 用发酵生产乙醇,目前主要采用酸水解工艺和酶水解工艺。酸水解工艺是利用无 机酸进行催化,使纤维素转化为单糖,温度一般在 100~300e,时间较短,催化剂的 成本较低。酶水解工艺是利用纤维素酶将纤维素水解成单糖,酶水解工艺的优点 在于:可在常温下反应,水解副产物少,糖化得率高,不产生有害发酵物质,并且可 以和发酵过程耦合。 2、发酵。纤维素和半纤维素水解后的五碳糖和六碳糖可以在酵母等微生物 的代谢下生成乙醇。 二、技术应用 生物乙醇主要应用于乙醇汽油。 我国，乙醇汽油是用 90%的普通汽油与 10%的燃料乙醇调和而成。 乙醇的分子组成是 C2H5OH，无限溶于水，与烃类燃料相溶性差。乙醇可以 单独作为汽车燃料, 也可和汽油或柴油混合形成混合燃料。 用乙醇汽油作为一种清洁的发动机燃料油具有以下优点： 1、辛烷值高，抗爆性好。乙醇的低热值相当于汽油的 60.9%，相当于柴油的 62.8%， 但从相对能耗的角度看，其热效率并不比汽油和柴油低。同时是提高汽油辛烷值 的良好添加剂。 2、乙醇含氧量高达 34.7%。在汽油中含 10%的乙醇，含氧量就能达到 3.5%。高 的含氧量有利于减少不完全燃烧物的排放。 3、乙醇的汽化潜热大，有助于改善 NO 等排放，降低汽车尾气排放，改善能源结 构。 4、燃料乙醇的生产资源丰富，技术成熟。当在汽油中掺兑少于 10%时，对在用 汽车发动机无需进行大的改动，即可直接使用乙醇汽油
汽车用乙醇汽油在燃烧值,动力性和耐腐蚀性上的不足: 1、乙醇的热值是常规车用汽油的60%,据有关资料的报道,若汽车不作任何改 动就使用含乙醇10%的混合汽油时,发动机的油耗会增加5%。 2、乙醇的汽化潜热大,蒸发温度大于常规汽油,影响混合气的形成及燃烧速度, 不利于汽车的加速性。 3、乙醇在燃烧过程中会产生乙酸,对汽车金属特别是铜有腐蚀作用。有关试验 表明,在汽油中乙醇的含量在0~10%时,对金属基本没有腐蚀,但乙醇含量超 过15%时,必须添加有效的腐蚀抑止剂。 4、乙醇是一种优良溶剂,易对汽车的密封橡胶及其他合成非金属材料产生轻微 的腐蚀、溶涨、软化或龟裂作用 5、乙醇易吸水,车用乙醇汽油的含水量超过标准指标后,容易发生液相分离 同时因此乙醇汽油难保存,保质期短,放置于油箱内长期不适用容易打不着火 、技术优缺点 优点 1、生物乙醇将人们生活中的“废物”变成可再生能源,提高了对于物质的 利用。燃烧秸秆是人们最常用的处理秸秆的方式。直接燃烧这种方式,不仅会大 量浪费秸秆中的营养,更会造成严重的空气污染。而将秸秆通过水解发酵的方式 形成乙醇,提高了能源的利用,也减少了焚烧造成的各种污染。 2、生物乙醇技术的创造,提高了乙醇的来源,使乙醇能够成为能源,减少 汽车排放的污染物。化学合成乙醇的纯度高,但是产量不足以用于汽车能源。而 生物乙醇的产量高、产速快、原料多,能够大量制备。 缺点 Ⅰ、用微生物分解纤维素仍存在难度。微生物能产生木质素分解酶,如白腐菌, 其分解木质素的能力较强,但活性较低,而且微生物处理周期长、菌体会破坏部分 纤维素和半纤维素,降低纤维素的水解率,因此难以得到利用。有国家则利用无纤 维素酶的担子菌突变株对纤维素材料进行脱木质素处理。 2、目前使用秸秆生产生物乙醇效率低下,而使用粮食生产能源投入与产出 比、经济效益均有争执。对粮食进行处理加工之后产出的饲料营养含量和利用价 值均不如原料,只能喂给反刍动物;秸秆的纤维素直接氧化容易形成有机酸,产 乙醇的效率低下,然而纤维素分解不容易,经济投入较大
汽车用乙醇汽油在燃烧值，动力性和耐腐蚀性上的不足： 1、乙醇的热值是常规车用汽油的 60%，据有关资料的报道，若汽车不作任何改 动就使用含乙醇 10%的混合汽油时，发动机的油耗会增加 5%。 2、乙醇的汽化潜热大，蒸发温度大于常规汽油，影响混合气的形成及燃烧速度， 不利于汽车的加速性。 3、乙醇在燃烧过程中会产生乙酸，对汽车金属特别是铜有腐蚀作用。有关试验 表明，在汽油中乙醇的含量在 0～10%时，对金属基本没有腐蚀，但乙醇含量超 过 15%时，必须添加有效的腐蚀抑止剂。 4、乙醇是一种优良溶剂，易对汽车的密封橡胶及其他合成非金属材料产生轻微 的腐蚀、溶涨、软化或龟裂作用。 5、乙醇易吸水，车用乙醇汽油的含水量超过标准指标后，容易发生液相分离。 同时因此乙醇汽油难保存，保质期短，放置于油箱内长期不适用容易打不着火。 三、技术优缺点 优点： 1、生物乙醇将人们生活中的“废物”变成可再生能源，提高了对于物质的 利用。燃烧秸秆是人们最常用的处理秸秆的方式。直接燃烧这种方式，不仅会大 量浪费秸秆中的营养，更会造成严重的空气污染。而将秸秆通过水解发酵的方式 形成乙醇，提高了能源的利用，也减少了焚烧造成的各种污染。 2、生物乙醇技术的创造，提高了乙醇的来源，使乙醇能够成为能源，减少 汽车排放的污染物。化学合成乙醇的纯度高，但是产量不足以用于汽车能源。而 生物乙醇的产量高、产速快、原料多，能够大量制备。 缺点： 1、用微生物分解纤维素仍存在难度。微生物能产生木质素分解酶,如白腐菌, 其分解木质素的能力较强,但活性较低,而且微生物处理周期长、菌体会破坏部分 纤维素和半纤维素,降低纤维素的水解率,因此难以得到利用。有国家则利用无纤 维素酶的担子菌突变株对纤维素材料进行脱木质素处理。 2、目前使用秸秆生产生物乙醇效率低下，而使用粮食生产能源投入与产出 比、经济效益均有争执。对粮食进行处理加工之后产出的饲料营养含量和利用价 值均不如原料，只能喂给反刍动物；秸秆的纤维素直接氧化容易形成有机酸，产 乙醇的效率低下，然而纤维素分解不容易，经济投入较大