纤维素水解制燃料乙醇技术.ppt

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2、，方法是把纤维素水解为单糖，再把单糖发酵成乙醇。但该工艺虽然原料价格便宜，生产成本却很高，随着以石油为原料的合成乙醇大量生产，这类工厂大都关闭。在20世纪石油危机后，西方国家又开始重视纤维素制乙醇的技术。木质纤维素类原料被公认为来源最为广泛的燃料乙醇生产原料，包括农作物秸秆、壳皮、树枝、落叶、林业边角余料、城市垃圾等。天然木质纤维素类原料含有纤维素、半纤维素、木质素，三者相互缠绕的包裹在一起。我国是农业大国，每年产生大量的生物质废弃物，这些资源至今未被充分利用，而且还常因就地焚烧而污染环境；另一方面我

3、国的石油资源有限，对油类产品的需求量却在不断的增加。显然，在我国发展生物质制取燃料乙醇技术具有重要的意义。1.纤维素类原料水解机理纤维素是300-1500个葡萄糖以-1,4糖苷键结合起来的链状高分子化合物，经过水解又可生产葡萄糖，水解式：纤维素的性质很稳定，只有在催化剂存在下才能显著地水解。常用的催化剂是无机酸和纤维素酶，由此分别形成了酸水解（浓酸水解工艺和稀酸水解工艺）和酶水解工艺。酸水解法虽然比较古老，但也比较成熟；酶水解法则是近代才发展起来的2.酸水解2.1浓酸水解2.1.1浓酸水解原理浓酸水解

4、在19世纪即已提出，它的原理是结晶纤维素在较低温度下可完全溶解在硫酸中，转化成含几个葡萄糖单元的低聚糖。把此溶液加水稀释并加热，经一定时间后就可把低聚糖水解为葡萄糖。浓酸水解的优点是糖的回收率高（可达90％以上），可以处理不同的原料，相对迅速（总共10～12h），并极少降解。但对设备要求高，而且酸必须回收。2.1.2浓酸水解工艺浓酸水解工艺的代表是Arkenol公司，该流程中对生物质原料采用两级浓酸水解工艺，水解中得到的酸糖混合液经离子排斥法（或所谓的色谱分离）分为净化糖液和酸液。糖液中还含少量酸，可

5、用石灰中和，生成的石膏在沉淀槽和离心机里分离。色谱分离中得到的稀硫酸经过脱水浓缩后可回到水解工段中再利用。下图为Arkenol公司的浓酸水解流程。根据中试装置的实验结果，该水解工艺可得12％～15％浓度的糖液，纤维素的转化率稳定在70%。酸回收率也可达到97%。Arkenol公司的浓酸水解流程2.2稀酸水解2.2.1稀酸水解原理在纤维素的稀酸水解中，溶液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，纤维素长链在该处断裂，同时又放出氢离子，从而实现纤维素长链的连续解聚，直到分解成为

6、最小的单元葡萄糖。所得葡萄糖还会进一步反应，生成不希望的副产品。2.2.2稀酸水解工艺稀酸水解常分两步进行：第一步用较低温度分解半纤维素，产物以五碳糖为主；第二步用较高温度分解纤维素，产物主要是葡萄糖。稀酸工艺的代表是美国的Celunol公司（原名BCInternational），采用2级稀硫酸水解工艺，如图所示。所用原料为甘蔗渣，单糖发酵的核心技术是转基因的大肠杆菌，由佛罗里达大学开发。2级稀硫酸水解工艺华东理工大学在“十五”期间在上海奉贤建成以木质纤维素为原料，年产非粮燃料乙醇600t的示范工厂。

7、该厂也采用二级稀酸水解工艺。但是木糖和葡萄糖是同时发酵的，该工艺中木糖的发酵率还不是太满意。Verenium公司于2008年5月在美国路易斯安那州的Jennings建造了一个生物质酒精的示范工厂（如图2.3），以甘蔗渣和树木为原料，采用2级稀酸水解工艺，可年产酒精140万加仑。以此中试工厂为基础，Verenium公司准备建造生产能力为年产酒精3000～6000万加仑规模的工厂。美国能源部于2008年7月给该公司2亿4千万的联邦计划资助，令其在美国境内建造9个小规模的生物炼制工厂。由于稀酸水解工艺中酸浓

8、度低，所以酸不回收使用。相对浓酸水解来说，稀酸水解研究者较多。生物质酒精的示范工厂2.2.3稀酸水解反应器稀酸水解反应器在高温下工作，其中与酸接触的部件需用特殊材料制作，普通不锈钢不能适用。钛、锆及耐蚀镍基合金（海氏合金）虽然能用，但价格太高，只宜用在必要的部件上。对反应器的主体部分用耐酸砖衬可能是较好的解决方法。稀酸水解所用反应器分半连续式和连续式2种。传统的酸水解流程采用半连续渗滤式，固体生物质原料装填在反应器中，酸液连续流过。前苏联的水解工艺主要采