第五章生物燃料乙醇剖析
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。
煤制乙醇项目前期分析：政策和市场
煤制⼄醇项⽬前期分析：政策和市场⽂/ 郭彦江晋煤集团煤化⼯研究院⼄醇（Ethanol），⼜称酒精，分⼦式C2H5OH，相对分⼦量46.07，是⼀种⽆⾊、透明、易挥发和易燃烧的液体，具有酒的⽓味和刺激性⾟辣味，能跟⽔以任意⽐例互溶，其蒸汽与空⽓混合能形成爆炸混合物。
⼯业⼄醇含⼄醇约95％，含⼄醇达99.5％以上的称为⽆⽔⼄醇，可作为燃料⼄醇。
燃料⼄醇经添加到汽油中进⾏调和后成为车⽤⼄醇汽油。
随着社会对环保的要求更加严苛，借鉴美国、巴西等国已⼗分成熟的⼄醇汽油推⼴政策与市场运⾏的经验，国家于2002年开始实施⼄醇汽油政策。
燃料⼄醇最初以粮⾷发酵⽣产燃料⼄醇，但由于粮⾷燃料⼄醇项⽬出现“与⼈争地、与地争粮”的现象开始被停批，以⾮粮原料⽣产燃料⼄醇项⽬逐渐发展起来，由于⾮粮燃料⼄醇成本居⾼不下以及国家政策补贴的取消，煤制⼄醇项⽬应运⽽⽣且发展迅速。
国内已建和新建的煤制⼄醇项⽬⼗多个，产能约400万吨，国内不少化⼯企业也有上煤制⼄醇项⽬的意愿，更加快了煤制⼄醇发展的步伐。
国内科研单位不断地研发新的技术路线来满⾜国内的⼄醇需求，但从⽬前已建成煤制⼄醇项⽬的运⾏情况来看，存在着⼯艺路线长、成本⾼、运⾏不稳定等问题。
据此，为探究煤制⼄醇项⽬的可⾏性，本⽂前期对国内外⼄醇⽣产企业进⾏调研，后期根据调研结果以及⼤量的⽂献分析，为企业上马煤制⼄醇项⽬提供参考。
⼀、政策分析为实现经济的可持续发展，降低对⽯油等化⽯类能源的依赖程度，我国从2001年开始了以“陈化粮”为⽣产原料的燃料⼄醇⽯油替代的试点⼯作。
2002年，国家本着先试点后推⼴的原则，在河南、吉林、⿊龙江、辽宁和安徽五省进⾏封闭式车⽤⼄醇汽油使⽤试点⼯作。
2004年，试点区域进⼀步扩⼤，采取定点⽣产、定向流通的⽅式，并配合⼀定的财政税收价格政策。
2006年，“陈化粮”很快消耗完毕，国家发改委⽴即叫停⽟⽶制⼄醇项⽬，明确提出“因地制宜，⾮粮为主（不争粮、不争地）”的发展⽅向，不再增加以粮⾷为原料的燃料⼄醇⽣产能⼒，合理利⽤⾮粮⽣物质原料⽣产燃料⼄醇。
生物质燃料乙醇
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燃料乙醇的生产主要途径与工艺
• 燃料乙醇(fuel ethanod是指向汽油或柴油中加入一定 比例的无水乙醇所构成的新型燃料。燃料乙醇的生产与 前述乙醇生产原理及工艺有许多相似之处，与乙醇发酵 工业的主要不同点在于添加了后期的脱水设备和工艺， 最终将得到的无水乙醇在变性过程中，与汽油或柴油按 照一定比例混合而成。 • 现代化的发酵方法生产燃料乙醇，由于原料的不同， 工艺流程也不完全相同，即使用相同的原料，不同企业 使甩的设备及自动化程度也不同。本节将按照发酵乙醇 生产的生物质类型分别进行讨论，并重点讨论淀粉质原 料乙醇发酵途径和工艺。淀粉质原料发酵法生产乙醇的 主要工艺流程如图10-5所示。
1.3
乙醇发酵生产的主要原料
• 按照所用原料的不同，可将发酵法生产乙醇分为以下 几种：淀粉原料生产乙醇，糖质原料生产乙醇，纤维素 原料生产乙醇，工厂废液生产乙醇等。相比较而言，用 糖质原料生产乙醇要比使用淀粉质原料和纤维素原料简 单而直接，因为用淀粉和纤维素制取乙醇需要经过水解 糖化：而纤维素水解比淀粉难度大。
2.1
谷物发酵途径与工艺
植物纤维质原料发酵生产乙醇工艺
2.2
•
据估计，通过光合作用每年合成的纤维素达到1011 ~1012t，可谓当今人类所拥有的最丰富的可再生能源 物质。能够用以制取乙醇的纤维素原料主要包括：作 物秸秆、森林采伐和木材加工剩余物、龙须草等。其 中作物秸秆是最多、最廉价的乙醇生产原料。由植物 纤维质原料生产乙醇的工艺虽然开发较晚，但因其在 世界范围内拥有巨大的资源优势，近年来规模化生产 技术研究已较为完善，下面予以简单说明。 采用作物 秸秆，即纤维素质原料降解产物转化为乙醇的过程主 要分为3步：将纤维质原料经预处理转化为可发酵的原 料；纤维质降解产物发酵为乙醇；分离提取乙醇及其 副产品。
生物乙醇燃料..
预处理
预处理的主要目的是降低纤维素的 分子物质，打开其密集的晶状结构， 以利于进一步的分解和转化。预处 理过程中，半纤维素通常直接被水 解成了各种单糖（如木糖，阿拉伯 糖等），剩下的不溶物质主要是纤 维素和木质素。
预处理原因
纤维素分子是由葡萄糖苷通过β-1，4糖苷键联接起来的 链状高分子。纤维素的结晶区域是由纤维素分子整齐规 则地折叠排列而成的。在结晶区域里，葡萄糖分子的羟 基与分子内部或与分子外部的氢离子相结合，没有游离 的羟基存在，所以纤维素分子具有牢固的结晶构造，酶 分子及水分子难以侵入内部。因此，纤维素的结晶部分 比无定形部分难降解。 由于木质素、半纤维素对水解的保护作用, 以及纤维素本 身的结晶结构使得天然的木质纤维素直接进行酶水解的 程度很低, 一般只有 10 %-20 %。为了提高纤维素的水解 率, 必须对木质纤维素原料进行预处理, 脱去木质素和半 纤维素, 从而提高水解效率。
纤维素乙醇产业化亟待解决的关键技术
目前，许多国家虽然建造了纤维质原料的燃料乙醇示范 性工厂，但其生产成本相对于汽油和粮食乙醇来说仍无 法竞争，其产业化人存在很大的问题。总结起来，利用 生物技术转化生物质植物纤维资源主要面临4个技术难点。 1． 生物质原料分布分散 2． 生物质原料需进行复杂的预处理 3．降低纤维素酶的生产成本，提高酶解效率
生物乙醇的分类
第一代生物乙醇：利用粮食，比如，在美国是用玉米，在巴西用甘 蔗等等生产乙醇等生物能源。
纤维素乙醇
第二代生物乙醇：利用非粮食生物质生产乙醇。（cellulosic ethanol） [ 来源：秸秆，稻壳，树木枝叶，甘蔗渣] 第三代生物乙醇：利用藻类（如海藻或者淡水藻类)，通过对藻类进 行养殖，等长成之后进行收获，收获之后要晒干，然后通过酵母菌 发酵生产乙醇。 第四代生物乙醇：第四代生物能源技术目前是一个创新，它是通过 对藻类进行改造而生产乙醇。例如，对蓝藻进行改造，使其通过光 合作用吸收二氧化碳，直接生产乙醇以及副产品和氧气。
生物燃料乙醇
表. 主要国家燃料乙醇应用状况比较
国家 原料 推广使用 使用的乙醇燃料
巴西
甘蔗
全国范围推广，并成功应用 含水乙醇、乙醇汽油（20%于航空领域，是世界上唯一 25%）、乙醇柴油 一个不用纯汽油的国家。 中北部地区，西部各州实行 E10乙醇汽油、E85乙醇汽油 区域封闭销售。
美国
90%为玉米
中国
玉米50%，薯类23%，高粱 13%，糖类11%
糖质原 料 主要 是甘蔗、 甜菜、 糖蜜。
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、奶 酪工业的副 产品等。
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、造 纸厂和造糖厂含有纤维素的下 脚料、生活垃圾的一部分等。
河南、安徽和东北三省全省 封闭推广；湖北、山东、河 北、江苏等省27个市成为试 点。
E10乙醇汽油
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纤维素原料乙醇生产的工艺流程图
催化剂
纤维 原料
预处理
水解
发酵
蒸馏
脱水
加变 性剂
燃料 乙醇
酵母
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大势所趋
。在未来几年随着中国对石油进口依赖度加深
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生物燃料乙醇简介
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： 燃料乙醇：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。常温常 压下，乙醇是无色透明的液体，具有特殊 的芳香味和刺激味，吸湿性很强，可与水 以任何比例混合并产生热量。乙醇易挥发、 易燃烧。工业乙醇含乙醇约95%，含乙醇 达99.5%以上的酒精称为无水乙醇。 燃料乙醇应用状况 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；在 燃料乙醇主要生产国家，其应用也已经达 到初步普及。
生物质燃料乙醇概述
— — 能源植物开发与利用(课程报告)
班级：11级应生B班 姓名：和盛 学号：114120271 日期：2014.5.21
人类有史以来利用能源、开发能源，并逐渐认识到大自然所赐予的可利用非再 生能源资源是相当有限的。随社会的发展和科学技术的进步，寻找可替代的生物可再 生能源已成为人们共同努力的目标。相关专家对世界未来能源结构分析结果见图1020。在21世纪，生物质能源将是人类能源利用的主体之一。对发酵生产与管理的全 过程国家已经制定出洁净生产技术行业规范化标准及相关激励措施。这些对于解决能 源补充问题、保护生态环境、拉动农业及相关产业的发展，无疑将起到重要作用
2.1
谷物发酵途径与工艺
植物纤维质原料发酵生产乙醇工艺
2.2
•
据估计，通过光合作用每年合成的纤维素达到1011 ~1012t，可谓当今人类所拥有的最丰富的可再生能源 物质。能够用以制取乙醇的纤维素原料主要包括：作 物秸秆、森林采伐和木材加工剩余物、龙须草等。其 中作物秸秆是最多、最廉价的乙醇生产原料。由植物 纤维质原料生产乙醇的工艺虽然开发较晚，但因其在 世界范围内拥有巨大的资源优势，近年来规模化生产 技术研究已较为完善，下面予以简单说明。 采用作物 秸秆，即纤维素质原料降解产物转化为乙醇的过程主 要分为3步：将纤维质原料经预处理转化为可发酵的原 料；纤维质降解产物发酵为乙醇；分离提取乙醇及其 副产品。
(3)纤维素纤维素原料是地球上最具潜办、最丰富的乙醇生产原料来源。主要有农作 物秸秆、森林采伐和木材加工剩余物、柴草、造纸厂和制糖厂富含纤维素的下脚料、城 市生活垃圾的一部分等。发酵生产中生物质原料不同，乙醇产量不同，产出比与经济效 益也不相同。
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燃料乙醇的生产主要途径与工艺
最新高中生物必修2《乙醇》说课稿精编版
2020年高中生物必修2《乙醇》说课稿精编版第三节生活中重要的有机物人教版高中生物必修2《乙醇》说课稿一、教材分析（一）教材的地位和作用乙醇是高中化学新课程人教版必修2第三章“有机化合物”的第三节课的内容，是继烃类化合物——甲烷、乙烯、苯之后，向学生介绍的另一种典型的重要的有机化合物。
乙醇是学生比较熟悉的生活用品，又是典型的烃的衍生物，从乙醇的组成、结构和性质出发，可以让学生知道官能团对有机物性质的重要影响，建立“（组成）结构──性质──用途”的有机物学习模式。
也可以为后面的糖、油脂、蛋白质等的学习打下坚实的基础，使学生学会以点带面的学习方法，让学生提高思维能力和掌握科学方法，带动学生学习素质的提高。
（二）教学目标根据课程标准的要求和教材编写的意图，结合本课的特点和素质教育的要求，确定以下教学目标：1、知识与技能：（1）了解乙醇的物理性质和生活生产中的运用。
（2）知道乙醇的分子结构和化学性质——与钠的反应、氧化反应。
（3）了解烃的衍生物、官能团的概念。
2、过程与方法：采用“以问题为索引、学生为主体”的自主探究的方法，使学生亲历科学的历程.初步学会从实验推导化学性质的学习方法。
（1）通过实验探索学习，获得乙醇的结构、性质之间的关系。
（2）通过有关乙醇的实验，提高观察化学实验现象、分析实验结果的能力。
（3）从观察实验现象入手，分析产生现象的因果关系和本质联系，从而了解学习和研究化学问题的一般方法和思维过程。
3、情感态度价值观：（1）通过对酒的发明的介绍，感受我国历史文化的悠久增强爱国情怀。
（2）通过实验探索学习，获得乙醇的结构、性质之间的关系。
认识官能团决定有机物的性质。
（3）通过动手实验，规范操作，全面培养、提高实验能力、观察能力和对实验现象的分析能力。
（三）教学重难点及突破1、教学重点：官能团的概念、乙醇的组成和分子结构、乙醇与钠的反应与氧化反应。
2、教学难点；官能团涵义的理解、科学探究学习方法的形成。
生物乙醇技术概论
生物乙醇技术概论余迪5090309377摘要：生物乙醇是以生物质为原料生产的可再生能源。
它可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。
汽油掺乙醇有两个作用：一是乙醇辛烷值高达115，可以取代污染环境的含铅添加剂来改善汽油的防爆性能；二是乙醇含氧量高，可以改善燃烧，减少发动机内的碳沉淀和-氧化碳等不完全燃烧污染物排放。
同体积的生物乙醇汽油和汽油相比，燃烧热值低30％左右，但因为只掺入10％，热值减少不显著，而且不需要改造发动机就可以使用。
本篇文章主要是对国内外各类燃料乙醇加工制取工艺进行大致介绍，并分析当今世界生物燃料乙醇生产的发展趋势。
关键词：生物质，燃料乙醇，发酵，工艺，能源。
1.生物乙醇简介生物乙醇是以富含淀粉，糖分的生物质为原料通过发酵和蒸馏提纯制得的乙醇，属于可再生资源。
生物质原料包括玉米，高粱，小麦，大麦，甘蔗，甜菜，土豆等含糖类和淀粉的农作物。
此外城市垃圾，甘蔗渣，小树干，木片碎屑等纤维质原料也可用来生产生物乙醇。
目前生物乙醇主要来自于谷物粮食发酵，该工艺生产技术已经相当成熟，但生产成本较高，且受到粮食安全等社会因素的制约。
生物乙醇最廉价的智取途径是废弃的农作物秸秆发酵。
生物乙醇可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。
汽油掺乙醇有两个作用：一是乙醇辛烷值高达115，可以取代污染环境的含铅添加剂来改善汽油的防爆性能；二是乙醇含氧量高，可以改善燃烧，减少发动机内的碳沉淀和-氧化碳等不完全燃烧污染物排放。
同体积的生物乙醇汽油和汽油相比，燃烧热值低30％左右，但因为只掺入10％，热值减少不显著，而且不需要改造发动机就可以使用。
2. 燃料乙醇燃料乙醇是一种绿色可再生资源，随着科学技术的发展，粮食和各种植物纤维都可以加工生产出燃料乙醇，燃料乙醇的原料来源相当丰富，而且可以循环再生。
燃料乙醇的出现不仅仅减少了对石油资源的依赖，燃料乙醇还可以很大程度的改善汽车尾气污染和提升发动机燃烧效率。
由于乙醇是燃油氧化处理的增氧剂，可以使汽油增加内氧燃烧充分，达到节能和环保目的。