生物乙讲义醇燃料
生物燃料乙醇
生物燃料乙醇汽车，第二次工业革命的重要发明，它为人类社会的物质运输提供了重要的保障，推动了历史的进程。
从发明的第一辆蒸汽汽车到现在的柴油、汽油汽车，其动力来源都是三大化石能源，然而，从不断上涨的国际油价可以清楚的认识到，汽车所依靠的化石能源特别是石油正日益枯竭，因此，在我们还无法人工合成烃类燃料的情况下，我们只能将目光转向大自然，利用植物来生产燃料替代品或部分替代品，而在这方面，生物燃料乙醇则有希望大规模的开发和利用起来，以缓解汽车燃料紧缺的现状。
生物乙醇是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。
而生产燃料乙醇所需要的原产料，则主要分为糖质原料、淀粉质原料、纤维素原料和其他原料，在这其中，糖质和淀粉质的来源主要是粮食作物如甘蔗、玉米等，但粮食并不是每个国家都富裕到能拿来大规模生产燃料的，例如像我们这样的人口大国。
其他原料则主要指的是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，而这种原料的来源本身也就决定了其不能够拿来大规模生产，因此，我们现在的目光主要放在了纤维质原料上。
纤维素是生物界最重要的碳源物质，每年由光合作用产生的植物干质量约220亿t，其中纤维素占50%，所以，纤维质原料具有数量多的特点，而有关纤维素的酵解问题，也成为了世界各国科学家所关注的焦点。
纤维素在最近几年为大家认识和接受，因为其现在被定位为人体所需要的第七大营养物质。
虽然，纤维素无法为所吸收，但它可以促进人体的肠道蠕动，促使粪便较快的排出，减少致癌物与肠壁的接触时间，从而达到降低肠癌发生率。
纤维素虽然无法被人体分解并吸收，但食草动物如牛羊等则可以将其分解并吸收，并且，作为大自然的分解者，分解微生物也可以将纤维素分解。
而另外一方面，利用物理方法或传统的化学工艺则无法很好有效的将纤维素分解并进一步利用，而这也是纤维素拿来利用生产燃料乙醇的难点。
纤维素之所以难降解，是由于其拥有稳定的结构。
国外生物乙醇燃料生产见状和发展趋势分析
性 的无水乙醇。 生物 乙醇既可以直接 技术 最为成熟 ，巴西 和美 国已经有 历史新 高 。 到 ９ 达 Ｏ亿加 仑 。 ２ ０ 与 ００
替代汽油等化石燃料 ． 又可按照一定 大规模 的制造基地 。 的比例与汽油混合 。 作为汽油 的增氧
汽车尾气的排放 。
一
年相 比， 长 了 ４５倍 ， 增 ． 占世 界 乙醇
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幅突破 ３ ％。 ０ ２ ２ ０ ０ ２ ０ － ０ ８年美 国 乙 现 状 醇燃 料产量 大 幅增长 ，平 均年增 幅
第6章生物质乙醇燃料
根据主要代谢产物的不同，将微生物通过EMP途径发酵分为多 种类型，
EMP途径发酵
酵母的乙醇发酵 同型乳酸发酵 丙酸发酵 丁二醇发酵 混合酸发酵 丁酸发酵 丁酸型发酵 丙酮-丁醇发酵
丁醇-异丙酮发酵
由葡萄糖开始的各种类型发酵
类型 乙醇发酵
甘油发酵 同形乳酸发酵 异型乳酸发酵
混合酸发酵 丁二醇发酵 丙酮-丁醇发酵 丁酸发酵 丙酸发酵
糖液酵母 1
乙醇精馏
2
3
三段串联发酵流程
含糖11~17％的 蔗糖液或糖蜜
M-B(Melle-Boinot)法 乙醇发酵实例
该法在乙醇发酵后，用稀硫酸（pH=3）处理杂菌，并离心回收酵母 菌，达成高浓度酵母发酵。可在15h内得到7%以上的乙醇溶液。
淀粉质原料的低温蒸煮发酵工艺
中国是世界上最大的甘薯生产国，甘薯可经过比较简单的蒸煮 发酵生产酒精。
C6H12O6+ADP+H3PO4
2C2H5OH+ATP+ 2CO2+H2O
乙醇发酵理论产率
相对量
淀粉水解生成葡萄糖
(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6
162.14n
18.02n 180.16n
100g
11.11g 111.11g
相对量
葡萄糖乙醇发酵
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
NAD+
H2O
NADH2
COOH
OCOPO3H2
HCOH
ATP ADP HCOH
CH2OPO3H2
CH2OPO3H2
3-磷酸甘油酸 1,3-2磷酸甘油酸
补充知识
呼吸链的递氢体和递电 子体主要分为以下五类 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD+) 黄素蛋白 铁硫蛋白 泛醌
第3讲-燃料乙醇
nzymes (Cellulase & b-Glucosidase)
Plant Biomass
预处理
糖化
发酵
（水解）
ETHANOL
Section of a pine board
Somerville, 2006
3 nm Polymerized glucose
植物细胞壁
燃料
缓慢高成本步骤
“recalcitrance”
燃料乙醇：未加变性剂、可作为燃料用的无水乙醇（无水酒精）。
无水乙醇：原料经发酵、蒸馏、脱水后制得的水含低于0.5%（v/v）的 乙醇。
燃料乙醇与实用酒精有何区别？
对水分和杂醇的要求不同：在食用酒精生产中水和乙醇在蒸馏时产生共 沸，因此食用酒精中最多含有95.5%(m/m)的乙醇，并对杂醇含量进行 控制。而无水乙醇是采用其它方法将水含量脱到0.5%(v/v)以下的乙醇， 对杂醇含量控制不严。
Current
$0.194 $0.168
Mature
$0.083 $0.079
$0.00 Laser and Lynd, 2007
With Coproducts
Corn (dry mill)
With Coproducts
With Coproducts
Cellulosic Biomass
Consolidated Bio-processing, CBP
燃料乙醇为何要控制水分？
如果乙醇汽油与水接触，乙醇和水将从乙醇汽油中分离出来，产生分层， 使乙醇汽油不能正常燃烧。
车用乙醇汽油罐内侵入过多的水分，乙醇将会从汽油中分离出来，造成 相分离。出现这种情况时，油罐上层为组分油和少量的乙醇；下层由大 约20％的水、70％乙醇和10％的组分油组成。
生物燃料相关知识点总结
生物燃料相关知识点总结一、生物燃料的种类1. 生物乙醇生物乙醇是以植物的淀粉或纤维素为原料，经过糖化、发酵和蒸馏等工艺生产出来的液体燃料。
常见的生物乙醇原料包括玉米、甘蔗、小麦等农作物，也可以使用木材废弃物、秸秆等生物质作为原料。
生物乙醇广泛应用于汽车燃料、酒精燃料等领域。
2. 生物柴油生物柴油是以植物油或动植物脂肪为原料，经过酯化或裂解等工艺生产出来的液态燃料。
生物柴油的原料主要包括大豆油、棕榈油、菜籽油等植物油，也可以使用动物脂肪等动植物油脂作为原料。
生物柴油广泛应用于柴油机车辆、工程机械等领域。
3. 生物天然气生物天然气是以生物质经过气化、发酵、甲烷化等工艺生产的可燃气体燃料。
生物天然气的原料主要包括秸秆、木屑、农业废弃物等生物质，也可以利用生物气化技术将生物质转化为天然气。
生物天然气广泛应用于城市燃气、工业燃料等领域。
4. 生物液化天然气生物液化天然气是将生物天然气通过液化工艺生产的液态燃料。
生物液化天然气的原料和生产工艺与生物天然气相似，但生产出的产品是液态天然气，具有更高的储运便利性。
生物液化天然气广泛应用于发电、地面交通等领域。
二、生物燃料的生产技术1. 生物质糖化生物质糖化是将植物的淀粉或纤维素分解成可发酵的糖类的工艺。
常用的生物质糖化技术包括酶解法、酸水解法、热水水解法等，通过这些技术可以将植物的淀粉或纤维素转化为葡萄糖等可发酵糖类。
2. 生物发酵生物发酵是利用微生物（常见的为酵母菌）将可发酵的糖类转化为酒精或有机酸的过程。
常见的生物发酵工艺包括传统发酵、高效发酵、固定床发酵等，通过这些工艺可以高效地将糖类转化为酒精等产品。
3. 生物油脂合成生物油脂合成是将植物油或动植物脂肪转化为生物柴油的工艺。
常用的生物油脂合成技术包括酯化法、裂解法、脂肪酸甲酯化等，通过这些技术可以将植物油或动植物脂肪转化为生物柴油。
4. 生物气化生物气化是将生物质转化为合成气或生物天然气的工艺。
常见的生物气化技术包括干燥气化、气固两相流化床气化、生物气化发电等，通过这些技术可以将生物质高效地转化为可燃气体。
醇类燃料专业知识讲座
高压法与低压法旳比较：P68
4.3.4 粗甲醇精馏
❖ 对于生产燃料甲醇，粗甲醇精馏能够省略。
❖ 4.4 联醇工艺（合成氨厂联产甲醇）
C+S+H2O+O2+N2 H2S+CO+CO2+H2+N2
甲醇合成
脱硫 CO变换 脱碳
CO+H2O
Fe2O3 CuO
❖ 纯烧：需对汽油发动机作必要旳改造。
8. 车用乙醇汽油旳正确使用
构成: 无铅汽油 变性燃料乙醇（变性剂为2-5％无铅汽油） 添加剂（金属腐蚀克制剂）
变性燃料乙醇旳国家原则（P87） 车用乙醇汽油旳国家原则（P88）
9. 使用醇类燃料旳注意事项和常见问题 自学（P92）
2. 乙醇燃料旳生产
2. 乙醇燃料旳生产
2.1 发酵法
1）发酵法生产乙醇旳原料
❖ 含糖作物和副产物，如甘蔗、甜菜、甜高粱； ❖ 淀粉质作物，如玉米、高粱、小麦、红薯、马
铃薯； ❖ 纤维素原料，如木材、木屑、秸秆。(我国废弃
生物质资源量约相当于每年2-4亿吨原则煤)
目前，发酵法生产乙醇旳原料基本上属于前两 类。目前应大力发展和完善秸秆为原料旳乙醇 生产工艺。
C + H2O
CO + H2
CO + H2O Fe2O3 CO2 + H2
脱碳
（2）合理旳二氧化碳与一氧化碳百分比： a）合成甲醇原料气中应保持一定量旳二氧化
碳 ，一定量二氧化碳旳存在能增进锌铬催化剂与铜 基催化剂上甲醇合成旳反应速率，适量旳二氧化碳 可使催化剂呈现高活性。
b）在二氧化碳存在下，合成甲醇旳热效应比无 二氧化碳时仅由一氧化碳与氢合成甲醇旳热效应要 小，催化床温度易于控制，对预防生产过程中催化 剂超温及延长催化剂寿命是有利旳。
醇基燃料配方
醇基燃料配方目前，全球排放碳废气污染日益严重，使得人们开始思考如何取代传统燃料，降低污染。
醇基燃料，作为一种替代燃料，正在成为人们所重视的技术。
醇基燃料，又称生物醇，是由生物质或者是化学品转化而成，可以被用于油脂和石油的替代，成为替代能源。
醇基燃料可以生产液体燃料，也可以再生制造气体和汽油。
它的热值和比重比石油更高，毒性更小，排放更少，更环境友好。
醇基燃料配方是生产醇基燃料的关键，也是最重要的研究焦点之一。
首先，我们需要为燃料选择一种原料，比如植物油、糖、玉米等。
然后，需要为燃料选择一种发酵剂，比如酵母，乳酸菌和平衡微生物菌群，以促进发酵过程的进行。
最后，需要选择酿造过程中所需的一些辅助试剂，比如锌、钾等，以提高醇基燃料的质量和热值。
除了上述的原料及辅助试剂外，还需要考虑醇基燃料配方中的种类和比例，以获得满足燃料要求的最优果。
在这一设计中，需要考虑多种因素，包括：原料的价格、发酵时的反应速率、蒸汽清洗的能力以及最终产品的性质等。
不同的原料和发酵剂会产生不同的最终结果，所以需要进行大量的实验测试，以确定最适合特定应用的最佳配方。
不仅如此，在设计醇基燃料配方时，还需要考虑到产品的热稳定性、安全性和毒性，以确保最终产品达到安全标准。
此外，在醇基燃料配方设计中，要考虑到比热量，特别是对于机动车辆应用，这是一个重要的指标。
比热量的计算方法是通过燃烧量测定法，或者其他方法来获得，以确定燃料热值。
最后，无论是设计醇基燃料配方还是生产燃料，都需要严格控制过程中的温度、压力、反应时间和PH值，以确保生产出满足要求的醇基燃料。
只有通过严格的控制，才能确保产品的质量，同时也能节约有限的原料和能源。
综上所述，醇基燃料配方的设计非常复杂，既要考虑各种原料的比例搭配，还要考虑最终产品的性能，以确保其质量和安全性。
因此，醇基燃料的配方设计需要借助大量的实验试验，以确定最佳配方，同时也要严格控制生产过程中的参数，保证产品质量。
生物燃料——生物乙醇 ppt课件
乙醇产生途径
在微生物体内，葡萄糖转化的途径主要是酵解途径。酵解途 径是将葡萄糖降解成丙酮酸并伴随生成能量形式ATP的过程。
在好氧有机体中，酵解生成的丙酮酸进入线粒体，经三羧酸 循环被彻底氧化成CO2和H2O。
在厌氧有机体中，则把酵解产生的丙酮酸脱羧生成乙醛，乙 醛得到由酵解生成的NADH中的氢，就转化成乙醇。这个过 程就叫乙醇发酵。这个过程中涉及的酶被统称为酒化酶。在 此也可看出乙醇发酵是在厌氧条件下进行的。
由葡萄糖到乙醇的过程主要分成两个阶段，即糖酵解阶段和 丙酮酸转化为乙醇的阶段。在糖酵解阶段葡萄糖经过转化形 成丙酮酸。
酵母菌在无氧条件下，丙酮酸继续降解，生成乙醇，其反应
过程为，丙酮酸在Mg2+存在情况下，经脱羧酶的催化，脱羧
生成乙醛。乙醛在乙醇脱氢酶及NADH的催化下，还原成乙
醇。
CO2 丙酮酸脱羧酶 焦磷酸硫胺素, Mg2+ 丙酮酸
为了消化有机氮，许多酵母需要维生素（生物素、泛酸、硫 胺素等）。酵母不能同化蛋白质、甜菜碱、嘌呤和乙胺型胺 类等有机氮。肽是氨基酸链，介于氨基酸和蛋白质间，随着
乙醇生产对酵母要求
酵母的种类很多，能发酵产乙醇的菌株也很多，但是能应用 于生产的酵母菌株必须基本符合以下要求，即能快速并完全 将糖分转化为乙醇，有高的比生长速度，有高的耐乙醇能力， 抵抗杂菌能力强，对培养基适应性强，不易变异。对于糖蜜 发酵用酵母，除了以上特性外，还要具备以下性能，即要耐 渗透压能力强，耐酸耐温能力强，对金属特别是Cu2+的耐受 性强，并且产生泡沫要少。
酵母的生长条件
（1） 温度。酵母生存和繁殖的温度范围很宽，但是，其正 常的生活和繁殖温度是29—30℃。在很高或很低的温度下， 酵母的生命活动消弱或停止。酵母发育的最高温度是38℃， 最低为-5℃；在50℃时酵母死亡。