您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 行业资料 > 其它行业文档 > 生物质资源转化和利用-第八章-生物质燃料乙醇技术
沋质莮亡0㎏青春祭洒脱的男人。瘦瘦男面具男劳资纯爷们儿KRIS、漫画里走出的型男小_男人去年买了个表@干净阳光帅气-男神=小白帅旳、狠冇型亡命、男人男人必须荇ゝ改变自己包容沵▁倔强こ小男人う衫薄色、深巷少年梦°ゞ阳光尔孓o。低调小伙Carl恶魔の走开少年回首怎奈梦已空少年梦~回忆灬ㄘ〓她木南少年亡命之徒╮夜梦佳人★落魄*潇洒少年狂°愤怒的少年#少年与梦/彡堇年@-少年多少年。黑月亮逆光少年臭小子,。黑框丶眼镜君子傲つ妖孽少年﹏革文、柠檬少年,╰つ◆么懒男℃荡荡丿丿纯哥◆◇青楼丶总管坏Xιασ孖花衬衫学弟°苏仨/*绿格子黑衬衫〆@滥情汉子【钢铁般的男子】Sun暖夏少年°Jerry痞孓╭流浪汉风华正茂╰尼古丁旳味道yEs、先生*帝颜彡个性`懒散の小青年`小青春丶无限坑こ不负如来不负卿^逆伤灬莫小帅貌美如花的▁男人ら訷仕笵er█贤蔋滒╮大众男神香烟陪伴青春君子动手不动口爷只爱她。漃寞、烟锫歌丶___薄凉少年后排男生〃天涯客笑起来跟猫似的先生PENG先森丶/花心娚_█愚人码头ㄟ伪善的男人君无恨°纯度°C╱℡稻草人█少年亡了城、小子有种#西红柿小生。伟大的苍穹怨世_↘冭生物质资源转化与利用第八章生物质燃料乙醇技术生物质热化学法物理化学法压缩成型直接燃烧液化气化微生物法发酵生物化学法固体燃料高压蒸汽、热气流直接液化间接液化共液化氢气、木煤气木炭、生物油、木煤气、醋液氢气沼气、乙醇燃烧供热、木炭燃料油、化工原料甲醇、柴油、二甲醚、氢气化学品、液体燃料热裂解8.1燃料乙醇概述乙醇:酒精,可用玉米、小麦、薯类、蜜糖等原料,经发酵、蒸馏而制成。具有特殊的香味和辣味密度为0.789g/cm3m.p.–117.3°Cb.p.78.5°C能与水以任意比互溶HHHCCOHHH燃料乙醇:通过对乙醇进一步脱水,使其含量达到99.6%以上,再加上适量的变性剂而制成的。经过适当加工,燃料乙醇可以制成乙醇汽油、乙醇柴油、乙醇润滑油等。燃料乙醇是以农产品(如玉米)、农林废弃物(如农作物秸秆、甘蔗渣)等为原料,经过水解将其转化为糖,再经发酵作用将糖转化为乙醇。生物质燃料乙醇在燃烧过程中所排放的CO2和含S气体均低于汽油燃料所产生的对于排放物。乙醇燃料还可以替代甲基叔丁基醚、乙基叔丁基醚,避免对地下水污染,而且燃料乙醇所排放的CO2和作为原料的生物源生长所需消耗的CO2在数量上基本持平,这对减少温室气体意义重大。燃料乙醇/生物乙醇生物乙醇:乙醇又称酒精,是由C、H、O三种元素组成的有机化合物,乙醇分子式C2H5OH,相对分子质量为46.07。生物乙醇应用状况:燃料乙醇的生产工艺已经比较成熟,目前巴西、美国等国家的燃料乙醇生产已经实现规模化、产业化。淀粉质原料主要有甘薯、木薯、玉米、马铃薯、大麦、大米、高粱等。燃料乙醇主要原料其它原料如造纸厂的硫酸盐纸浆废液、淀粉厂的甘薯淀粉渣和马铃薯淀粉渣等。糖质原料主要是甘蔗、甜菜等。纤维素原料纤维素原料是地球上最有潜力的乙醇生产原料,主要有农作物秸秆、森林采伐和木材加工剩余物、柴草等。保质期短(一个月)分层,打不着火蒸发潜热大热值低腐蚀金属与材料适应性差销售乙醇汽油要比普通汽油在调配、储存、运输、销售各环节要严格得多。可再生能源,资源丰富减少排放提高汽油的辛烷值和抗爆性积碳减少增加含氧量,使汽油充分燃烧燃料乙醇的优点燃料乙醇的缺点乙醇的一些化学性质HHHCCHHOH活泼氢的取代2C2H5OH+2Na2C2H5ONa+H2HHHCCHHOH脱氢氧化HHHCCHOCH3CH2OH+CuOCH3CHO+Cu+H2O乙醛C2H5OH+O2CH3CHO+H2O12CuHHHCCHHOH羟基-OH与β-H的消去HHHCCHCH3CH2OHCH2=CH2+H2O浓H2SO4170°CHHHCCHHOHHHHCCHHOH分子间脱水2CH3CH2OHC2H5—O—C2H5+H2O浓H2SO4140°C乙醚HHHCCHHOHHHHCCHHOH分子间脱水2CH3CH2OHC2H5—O—C2H5+H2O浓H2SO4140°C乙醚HHHCCHHOH羟基-OH的卤代HBrCH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2OCH3CH2OHCH2=CH2CH3CH2BrCH3CH2ONaC2H5OC2H5CH3CHO乙醇的转化关系乙醇的工业合成乙烯水化法小麦玉米番薯麦芽糖葡萄糖酒精淀粉酶麦芽糖酶酒化酶•粮食发酵法CH2=CH2+H2OCH3CH2OHcat.是一种良好的有机溶剂是一种重要的化工原料是一种新型的绿色能源可配制安全、高效的医用消毒剂是酒类的重要成分之一乙醇的用途按原料不同生产燃料乙醇的分类糖质原料生产乙醇淀粉质原料生产乙醇纤维质原料生产乙醇工厂废液生产乙醇糖质原料生产乙醇要比用淀粉质原料简单而直接,用淀粉和纤维素制取乙醇需要水解糖化加工过程,而纤维素的水解比淀粉难的多。自然界中很多微生物(酵母菌、细菌、霉菌等)都能在无氧条件下通过发酵分解糖,并从中获取能量。不同微生物有不同的发酵途径,并产生不同的发酵产物。从生产酒精的目的看,以酵母菌和少数细菌的发酵途径最有利,因它们的产物只有酒精和二氧化碳,可用下式表达:C6H12O62CH3CH2OH+2CO21mol葡萄糖可生成2mol酒精,1mol固体葡萄糖燃烧可放热2.816MJ,而1mol酒精燃烧可放热1.371MJ,故理论上通过发酵可回收97%以上的能量。生产要求用最少量的原料生产尽可能多的酒精产品,必须创造如下有利条件实现上述要求:发酵前期,创造条件让酵母菌继续繁殖到一定数量发酵的中后期,要创造无氧条件,使酵母在无氧条件下将糖发酵成酒精发酵过程中产生的二氧化碳应设法除去,但应注意随二氧化碳溢出的酒精要捕集回收8.2乙醇发酵过程发酵前期(一般10h左右)主发酵期(一般12h左右)发酵后期(一般30~40h左右)8.2.1淀粉质原料制乙醇种类举例薯类甘薯、马铃薯、山药粮谷类高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦野生植物橡子仁、葛根、蕨根农产品加工副产物米糠、麸皮、淀粉渣淀粉质原料种类各种淀粉原料的成分品种水分/%碳水化合物/%灰分/%N/%P2O5/mg单宁/%甘薯干12.371.5--0.73211--新鲜甘薯65~6812~310.7~2.00.08~0.4850--马铃薯79.4~81.516~210.7~1.00.24~0.42135--高粱11~1260~651.71.656500.5~0.7玉米9.8269.37--1.38874--米糠8.941.87--2.324070--麸皮12.613.68--1.92560--淀粉质原料的物理特征淀粉是由葡萄糖基组成的高分子物质,广泛存在于植物种子里。淀粉是由直链淀粉、支链淀粉与少量矿物质和脂肪酸等混合形成颗粒状的淀粉颗粒。淀粉是白色的细小颗粒,不溶于冷水和有机溶剂,颗粒内部是很复杂的结晶组织,在显微镜的观察下,淀粉颗粒呈透明,具有一定的形状和大小,不同原料的淀粉具有不同形状和大小。淀粉颗粒的形状可分为圆形、椭圆形和多角形。淀粉颗粒具有抵抗外力作用较强的外膜,化学成分与内部淀粉相同,但由于外层水分素食和胶粒结构更加紧密,其物理性能与内部淀粉不同。例如马铃薯淀粉颗粒外膜较坚固,不易受糖化酶的作用。淀粉质原料的化学结构与性质淀粉(starch)淀粉是葡萄糖分子聚合而成的,它是细胞中碳水化合物最普遍的储藏形式,通式是(C6H10O5)n,水解到二糖为麦芽糖,完全水解后得到单糖(葡萄糖。淀粉有直链淀粉和支链淀粉两类。前者为无分支的螺旋结构;后者以24~30个葡萄糖残基以α-1,4-糖苷键首尾相连而成,在支链处为α-1,6-糖苷键。直链与支链淀粉的比较直链淀粉支链淀粉分子结构为不分支的链状分子结构中具有α-1,6结合形成的分支相对分子质量为几万到几十万相对分子质量为几十万到几百万温水中易溶,黏度不大需要加热后才溶解,黏度大容易老化不容易老化水解完全糖化过程中容易生成具有分支的小分子糊精,糖化的速度较慢与碘液呈蓝色与碘液呈蓝色8.2.2淀粉原料的预处理预处理的目的:除去原料中的沙土、杂物、金属夹杂物等,防止机器磨损,或造成蒸馏塔中塔板堵塞。淀粉原料的预处理:除杂:用磁铁、风选、筛选等手段除去原料中的金属、石块、泥土、草屑等杂物。粉碎:为了使植物组织破坏,淀粉释出,采用机械加工粉碎,增加受热面积,有利于淀粉颗粒的吸水膨胀、糊化,提高热处理效率,缩短热处理时间。8.2.3淀粉原料的水热处理目的是:将粉碎了的原料加水制成粉浆液,然后加热,使粉浆中的淀粉糊化,为下一步将淀粉变成可发酵性糖做好准备。(1)粉浆的制备(2)加热处理高温蒸煮工艺中温蒸煮工艺90oC液化工艺无蒸煮工艺8.2.4淀粉原料的糖化淀粉质原料制乙醇中,将淀粉转变为可发酵性糖的过程称为淀粉的糖化,制得的溶液叫淀粉水解糖,该过程所用的催化剂成为糖化剂,糖化过程是淀粉酶或酸水解的作用,把淀粉糖化变成可发酵性糖。淀粉糖化的方法:酸解法酶解法酸解法酸解法又称为酸糖化法,它是以酸味催化剂,在高温、高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。淀粉水解过程中的变化淀粉的颗粒结构被破坏,α-1,4和α-1,6糖苷键被切断,不仅有葡萄糖,还有二糖、三糖、四糖等低聚糖生成。总体趋势:淀粉糊精低聚糖葡萄糖淀粉水解反应动力学除了淀粉以外,还有水和无机催化剂,反应进行的速率取决于这3物质。葡萄糖的复合反应淀粉水解生成的葡萄糖受酸和热的影响,能通过糖苷键聚合,失掉水分,生成二糖、三糖和其他低聚糖。葡萄糖分解反应酶解法用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的工艺。液化:利用α-淀粉酶将淀粉液化为糊精及低聚糖,使淀粉的可溶性增加,这个过程为液化。糖化:利用糖化酶将糊精及低聚糖进一步水解转化为葡萄糖,这个过程为糖化。糖化的温度和pH取决于糖化剂的性质,例如曲霉糖化酶:一般为60oC,pH4.0~5.0根酶糖化酶:一般为55oC,pH5.0酶解法优点条件较温和,不需耐高温、高压、耐酸的设备微生物酶作用的专一性强,淀粉水解的副反应少,因此水解糖液纯度高,淀粉转化率高可在较高淀粉乳浓度下水解,而且可采用粗原料糖液颜色浅,无异味,质量高,有利于糖液的充分利用酶酸结合水解法酶酸水解法酸酶水解法糖化工艺真空冷却连续糖化工艺混合冷却连续糖化工艺清液发酵糖化工艺8.2.5发酵乙醇发酵是不需要氧气的过程,所以要求发酵在密闭条件下进行,如果有空气存在,酵母就不完全进行乙醇发酵,而是部分进行呼吸作用,使乙醇量减少。乙醇发酵主要经历4个阶段和12个反应第一阶段:葡萄糖到1,6-二磷酸果糖第二阶段:1,6-二磷酸果糖降解为3-磷酸甘油醛第三阶段:3-磷酸甘油醛经5步反应生成丙酮酸第四阶段:乙醇的生成8.3纤维素原料制乙醇传统的乙醇发酵工业常以粮食(玉米、大米、薯干)或糖蜜等为原料。我国人口众多,耕地面积逐年减少,近年来随着粮食价格的逐步放开,乙醇发酵工业成本剧增,继续寻找能替代粮食的廉价原料。在我国,农作物纤维下脚料、森林和木材加工下脚料、工厂纤维和半纤维素下脚料、城市生活纤维垃圾资源丰富,利用这些生产乙醇具有实际的经济意义和社会意义。植物纤维原料成分种类名称半纤维素/%纤维素/%木质素/%单子叶植物茎25~5025~4010~30叶80~8515~20树木纤维5~2080~90硬木24~4040~5518~25软木25~3545~5525~35纸张废纸10~2060~705~108.3.1纤维素原料的预处理由于木质素、半纤维素对纤维素的保护作用以及纤维素本身的结晶结构,天然纤维质原料直接进行水解时,其水解程度时很低的,一般只有10%~20%。因此,用纤维素类物质做原料发酵生产乙醇,为了提高糖化速度,必须对原料进行一定预处理。纤维素的预处理方法物理法化学法物理-化学法生物法物理法物理法包括机械粉碎、蒸汽爆破、辐射、微波处理、冷冻、挤压热解等,这些处理的目的在于降低纤维素结晶度,破坏木质素、半纤维素结合层。机械粉碎是传统方法,经过粉碎,物料的结构发生
本文标题:生物质资源转化和利用-第八章-生物质燃料乙醇技术
链接地址:https://www.777doc.com/doc-7228355 .html