燃料乙醇生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)

本書(shū)是《可再生能源叢書(shū)》之一。本書(shū)介紹了合成法乙醇生產(chǎn)、發(fā)酵法乙醇生產(chǎn)、乙醇脫水成無(wú)水乙醇、乙醇發(fā)酵的清潔生產(chǎn)與綜合利用、燃料乙醇變性及儲(chǔ)運(yùn)、車(chē)用乙醇汽油的混配及應(yīng)用、燃料乙醇生產(chǎn)分析、乙醇柴油研究等方面的內(nèi)容。本書(shū)供從事生物質(zhì)燃料特別是從事燃料乙醇研究與開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用等方面的技術(shù)與管理人員閱讀。

1 總論

1.1 概述

1.2 燃料乙醇的特性

1.3 燃料乙醇工業(yè)的發(fā)展

1.3.1 國(guó)外發(fā)展概況

1.3.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況

1.4 燃料乙醇技術(shù)展望

1.4.1 燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)

1.4.2 燃料乙醇應(yīng)用技術(shù)

1.4.3 展望

參考文獻(xiàn)

2 合成法生產(chǎn)乙醇

2.1 乙烯直接水合法

2.1.1 乙烯直接水合法的理論基礎(chǔ)

2.1.2 乙烯直接水合法的催化劑

2.1.3 乙烯直接水合法的生產(chǎn)工藝

2.1.4 乙醇精制工藝

2.1.5 合成乙醇生產(chǎn)分析

2.2 乙烯間接水合法

2.2.1 乙烯氣的吸收

2.2.2 吸收液的水解

2.2.3 乙醇的精餾

2.2.4 稀硫酸的處理

2.3 其他合成方法

2.3.1 乙醛加氫法

2.3.2 CO-H2合成乙醇

2.4 合成生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備

參考文獻(xiàn)

3 發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇

3.1 原料種類(lèi)和原料處理

3.1.1 淀粉質(zhì)原料及原料處理

3.1.2 糖蜜原料和處理

3.1.3 纖維質(zhì)原料和處理

3.2 乙醇的發(fā)酵

3.2.1 乙醇發(fā)酵常用的微生物

3.2.2 酒母的培養(yǎng)

3.2.3 乙醇的發(fā)酵工藝

3.3 乙醇的蒸餾

3.3.1 蒸餾原理

3.3.2 精餾原理

3.3.3 蒸餾與精餾工藝

3.3.4 蒸餾節(jié)能技術(shù)

參考文獻(xiàn)

4 乙醇脫水

4.1 精餾脫水

4.1.1 恒(共)沸精餾

4.1.2 萃取精餾

4.2 吸附及離子交換技術(shù)

4.2.1 吸附技術(shù)

4.2.2 離子交換技術(shù)

4.3 膜分離技術(shù)

4.3.1 概述

4.3.2 膜分離過(guò)程的類(lèi)型

4.3.3 膜及膜組件

4.3.4 膜分離在乙醇脫水中的應(yīng)用

4.4 超臨界流體萃取技術(shù)

4.4.1 超臨界流體萃取技術(shù)的原理

4.4.2 超臨界流體萃取技術(shù)的特點(diǎn)

4.4.3 超臨界流體萃取技術(shù)在乙醇生產(chǎn)中的應(yīng)用

參考文獻(xiàn)

5 發(fā)酵清潔生產(chǎn)與綜合利用

5.1 二氧化碳回收生產(chǎn)

5.1.1 乙醇發(fā)酵氣體組成

5.1.2 二氧化碳回收生產(chǎn)工藝及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

5.1.3 固體二氧化碳(干冰)生產(chǎn)

5.2 乙醇酵母回收利用

5.2.1 生產(chǎn)飼料酵母或面包酵母

5.2.2 生產(chǎn)核糖核酸與核苷酸

5.3 雜醇油及醛酯餾分回收利用

5.3.1 雜醇油的回收利用

5.3.2 醛酯餾分的回收利用

5.4 酒糟廢液回收利用

5.4.1 酒糟廢液處理概述

5.4.2 生物處理法

5.4.3 廢液燒卻法

5.4.4 回流法

5.5 酒糟飼料生產(chǎn)

5.5.1 淀粉原料的酒糟組成

5.5.2 利用酒糟生產(chǎn)飼料

5.5.3 利用酒糟生產(chǎn)飼料酵母

參考文獻(xiàn)

6 燃料乙醇的儲(chǔ)運(yùn)

7 乙醇汽油混配

8 乙醇汽油應(yīng)用

9 燃料乙醇發(fā)展前景

10 燃料乙醇生產(chǎn)分析

附表1 二倍稀釋法測(cè)定糖蜜錘度更正表

附表2 糖度溫度更正表

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應(yīng)用現(xiàn)狀和燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)取得成就的基礎(chǔ)上，將編者多年的研究成果與生產(chǎn)實(shí)踐融為一體，全面系統(tǒng)地介紹了生產(chǎn)燃料乙醇的生物質(zhì)原料資源，包括糖類(lèi)生物質(zhì)原料。甜高粱莖稈汁液，淀粉類(lèi)生物質(zhì)原料。廢糖蜜、甘蔗和甜菜、纖維素類(lèi)生物質(zhì)原料生產(chǎn)燃料乙醇的工藝以及燃料乙醇應(yīng)用技術(shù)，并對(duì)國(guó)內(nèi)外典型燃料乙醇生產(chǎn)的成功案例進(jìn)行了分析。

本書(shū)通過(guò)原理性的理論分析和實(shí)際生產(chǎn)工藝介紹，讓讀者較詳盡掌握燃料乙醇生產(chǎn)原料的種類(lèi)。制造工藝特點(diǎn)和最新研究動(dòng)態(tài)等內(nèi)容，非常適合于從事新能源和可再生能源及農(nóng)業(yè)資源利用領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、科研人員參考，也可作為高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生、研究生教材使用。

本書(shū)借鑒了大量國(guó)內(nèi)外在燃料乙醇研究，生產(chǎn)上的最新成果，結(jié)合我國(guó)節(jié)能減排政策，在總結(jié)國(guó)內(nèi)外燃料乙醇發(fā)展。

燃料乙醇指以生物物質(zhì)為原料通過(guò)生物發(fā)酵等途徑獲得的可作為燃料用的乙醇。燃料乙醇經(jīng)變性后與汽油按一定比例混合可制車(chē)用乙醇汽油。

燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)主要有第一代和第二代兩種。第一代燃料乙醇技術(shù)是以糖質(zhì)和淀粉質(zhì)作物為原料生產(chǎn)乙 醇。其工藝流程一般分為五個(gè)階段，即液化、糖化、發(fā)酵、蒸餾、脫水。第二代燃料乙醇技術(shù)是以木質(zhì)纖維素質(zhì)為原料生產(chǎn)乙醇。與第一代技術(shù)相比，第二代燃料乙醇技術(shù)首先要進(jìn)行預(yù)處理，即脫去木質(zhì)素，增加原料的疏松性以增加各種酶與纖維素的接觸，提高酶效率。待原料分解為可發(fā)酵糖類(lèi)后，再進(jìn)入發(fā)酵、蒸餾和脫水。

我國(guó)燃料乙醇的主要原料是陳化糧和木薯、甜高粱,地瓜等淀粉質(zhì)或糖質(zhì)非糧作物，今后研發(fā)的重點(diǎn)主要集中在以木質(zhì)纖維素為原料的第二代燃料乙醇技術(shù) 。國(guó)家發(fā)改委已核準(zhǔn)了廣西的木薯燃料乙醇、內(nèi)蒙的甜高粱燃料乙醇和山東的木糖渣燃料乙醇等非糧試點(diǎn)等項(xiàng)目，以農(nóng)林廢棄物等木質(zhì)纖維素原料制取乙醇燃料技術(shù)也己進(jìn)入年產(chǎn)萬(wàn)噸級(jí)規(guī)模的中試階段。

燃料乙醇的主要原料有雅津甜高粱、玉米、木薯、海藻、雅津糖芋、苦配巴樹(shù)等。

最近幾年，由于石油價(jià)格的波動(dòng)，燃料乙醇的消費(fèi)增長(zhǎng)也在提速。中國(guó)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅速，燃料乙醇在中國(guó)具有廣闊前景。隨著國(guó)內(nèi)石油需求的進(jìn)一步提高，以乙醇等替代能源為代表的能源供應(yīng)多元化戰(zhàn)略已成為中國(guó)能源政策的一個(gè)方向。中國(guó)已成為世界上繼巴西、美國(guó)之后第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國(guó)和應(yīng)用國(guó)。國(guó)家發(fā)改委出臺(tái)《關(guān)于促進(jìn)玉米深加工業(yè)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，要求不再建設(shè)新的以玉米為主要原料的燃料乙醇項(xiàng)目，并大力鼓勵(lì)發(fā)展以非糧作物為原料開(kāi)發(fā)燃料乙醇。燃料乙醇走向了非糧乙醇發(fā)展的道路，并得到了快速發(fā)展。

燃料乙醇擁有清潔、可再生等特點(diǎn)，可以降低汽車(chē)尾氣中一氧化碳和碳?xì)浠衔锏呐欧拧Ｎ磥?lái)我國(guó)燃料乙醇行業(yè)的重點(diǎn)是降低生產(chǎn)成本、減少政府補(bǔ)貼，為此，制定生物燃料乙醇生產(chǎn)過(guò)程的消耗控制規(guī)范，及產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一燃料乙醇生產(chǎn)消耗定額標(biāo)準(zhǔn)，包括物耗、水耗、能耗等，是降本增效的有力手段。

發(fā)酵法采用各種含糖(雙糖)、淀粉(多糖)、纖維素(多縮己糖)的農(nóng)產(chǎn)品， 農(nóng)林業(yè)副產(chǎn)物及野生植物為原料，經(jīng)過(guò)水解(即糖化)、發(fā)酵使雙糖、多糖轉(zhuǎn)化為單糖并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙醇。淀粉質(zhì)在微生物作用下，水解為葡萄糖，再進(jìn)一步發(fā)酵生成乙醇。發(fā)酵法制酒精生產(chǎn)過(guò)程包括原料預(yù)處理、蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾、廢醪處理等。

成熟的發(fā)酵醪內(nèi)，乙醇質(zhì)量濃度一般為8-10%(w)。由于原料不同，水解產(chǎn)物中乙醇含量高低相異，如谷物發(fā)酵醪液中乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于12%,纖維素可用酶或酸水解，如亞硫酸法造紙漿水解液中僅含乙醇約1.5%。除含乙醇和大量水外，還有固體物質(zhì)和許多雜質(zhì)，需通過(guò)蒸餾把發(fā)酵醪液中的乙醇蒸出，得到高濃度乙醇，同時(shí)副產(chǎn)雜醇油及大量酒糟。

脫水技術(shù)是燃料乙醇生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)之一。從普通蒸餾工段出來(lái)的乙醇，其最高質(zhì)量濃度只能達(dá)到95%，要進(jìn)一步的濃縮，繼續(xù)用普通蒸餾的方法是無(wú)法完成的，因?yàn)榇藭r(shí)，酒精和水形成了恒沸物(對(duì)應(yīng)的恒沸溫度為78.15℃)，難以用普通蒸餾的方法分離開(kāi)來(lái)。為了提高乙醇濃度，去除多余的水分，就需采用特殊的脫水方法。

制備燃料乙醇的方法主要有化學(xué)反應(yīng)脫水法、恒沸精餾、萃取精餾、吸附、膜分離、真空蒸餾法、離子交換樹(shù)脂法等。