木质纤维素预处理技术

单独某一种预处理方法并非对任何原料都有较好的效果。目前的木质纤维素预处理方法有很多种，可分为物理法、化学法、物理化学法、分步组合法和生物法几大类。

1物理方法

物理方法预处理主要是增大比表面积、孔径，降低纤维素的结晶度和聚合度。常用的物理方法包括机械粉碎、机械挤出、高能辐射等[1]。

1.1机械粉碎

机械粉碎即将物料切碎、碾磨处理成10～30mm或0.2～2mm的颗粒，比表面积增高，结晶度、聚合度降低，可及度增加，有利于提高基质浓度和酶解效率，但不能去除木质素及半纤维素。

粉碎分为干粉碎、湿粉碎，包括球磨、盘磨、辊磨、锤磨、胶体磨、机械挤出等，胶体磨适用湿物料，而球磨对干、湿物料都适合。

由于粒径与能耗相关，经济性不高，效果单一，故粉碎常与其他方法相互补充[2]。研究表明，甘蔗渣、麦秆经球磨与盘磨粉碎后酶解率及乙醇得率均显著提高；经宽角X射线衍射分析，球磨主要通过降低结晶度改善酶解，而盘磨则主要依靠去纤维化。机械挤出是一种应用前景良好的预处理新技术，处理效果受到设备尺寸及参数的影响。物料通过挤出器时在热、混合和剪切作用下引起物理、化学性质的改变，依靠螺旋挤出转速及温度打破木质纤维结构，引发去纤维化、纤维化效应，缩短纤维长度，改善了酶对底物的可及性[1]。

1.2高能辐射

高能辐射是用高能射线如电子射线、γ射线对原料进行预处理，可使纤维素聚合度下降，降解为小纤维片段、寡葡聚糖甚至纤维二糖，使结构松散，打破纤维素晶体结构，增加反应活性。

采用γ射线辐照处理秸秆，可使纤维素酶解转化率提高至88.7%。KIM等[3]证明电子束照射确实能增加纤维素的酶解率：稻秆用80kGy、0.12mA、1MeV的电子束照射后酶解葡萄糖得率达52.1%，比直接酶解的22.6%增加近30%。

2化学方法

2.1酸预处理

酸法是研究得最早、最深入的化学预处理方法，分为低温浓酸法和高温稀酸法。低温浓酸(如72%H2SO4、41%HCl、100%TFA)处理效果通常优于高温稀酸，能溶解大部分纤维素和半纤维素，但是其毒性、腐蚀性及危害大，需要特殊的防腐反应器，酸回收难度较大，后期中和需消耗大量的碱，因此应用受到限制[2]。稀酸法是目前较常用而成熟的方法之一，生物质在较高温度(如140～190℃)和低浓度酸(如0.1%～1%硫酸)作用下，可实现较高的反应速率，半纤维素组分几乎100%除去，纤维素的平均聚合度下降，反应能力增大，酶水解率显著提高，但去除木质素不很有效。稀酸法因其效果好、污染少成为研究的热点并获得了较大进展，如美国国家可再生能源实验室(NREL)开发了比较成熟的稀硫酸预处理—酶解发酵工艺并建成了中试装置。稀酸法最大的缺点是产生副产物如甲酸、乙酸、糠醛、羟甲基糠醛、糖醛酸、己糖酸等，即影响酶解又抑制微生物生长和发酵。稀酸法可在较高温度(180℃)处理较短时间(5min)也可在较低温度(120℃)处理较长时间(30～90min)，温度和酸浓度越剧烈预处理效果越好，但抑制产物会增加。

CHEN等[4]提出“半纤维素/纤维素分离-分步发酵”(XCFSF)工艺路线，玉米芯经稀硫酸预处理后木糖得率为78.4%，纤维素回收率为96.81%，水解木糖和纤维素残渣酶解后的糖液发酵乙醇，酶解残渣同步糖化发酵(SSF)，最终将70.4%的半纤维素和89.77%的纤维素转化为乙醇。酸可以用硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、碳酸等无机酸，也可用乙酸、丙酸、草酸等有机酸。将蔗渣在高于160℃条件下经稀磷酸预处理，可有效水解半纤维素为单糖，且副反应少[5]。用80%乙酸、0.92%硝酸在120℃处理麦秆20min，81%的半纤维素和92%的木质素被水解或

木质纤维素预处理技术研究进展

木质纤维素预处理技术研究进展朱跃钊1,卢定强2,万红贵2,贾红华2 Ξ (1　南京工业大学　机械与动力工程学院,南京　210009;2　南京工业大学　制药与生命科学学院,南京　210009) 摘　要:详细评述了木质纤维素的预处理工艺研究进展,特别是浓酸低温水解-酸回收工艺、稀酸二阶段水解工艺、金属离子在稀酸水解过程中的助催化作用以及水蒸汽爆裂、氨纤维爆裂、C O 2爆裂、酶催化水解等方法的研究进展情况。木质纤维素原料预处理技术发展为发酵生产乙醇技术的研究开发奠定了坚实基础。关键词:木质纤维素;乙醇;水解;发酵中图分类号:　Q539+13 文献标识码:A 文章编号:167223678(2004)0420011206 Progresses on treatment of lignocellulosic material ZHU Y ue 2zhao 1,LU Ding 2qiang 2,WAN H ong 2gui 2,J I A H ong 2hua 2 (1　C ollege of Mechanical and P ower Engineering ,Nanjing University of T echnology ,Nanjing 210009,China ; 2　C ollege of Life Science and Pharmacy ,Nanjing University of T echnology ,Nanjing 210009,China )Abstract :Progress of study on technology of pre 2treatment of lignocellulose is reviewed in this paper.With the exhaustion of oil and rising price of oil ,studies on ethanol production from lignocellulosic material were attra 2tive 1Cellulose and hemicellulose in lignocellulosic material can be converted to sugar via s ome suitable treat 2ments ,and then can be used in the production of ethanol by fermentation further 1The progresses on technology of pre 2treatment of lignocellulosic material were reviewed and commented ,especially the hydrolysis processes via concentrated acid ,tw o 2stage diluted acid ,and catalysis of metal ion in diluted acid 1Several different pre 2treatment methods for cellulase hydrolysis ,such as steam explosion ,aminonia fiber explosion ,C O 2explosion ,acid treatment and enzymatic hydrolysis method ,were reviewed 1The advanced pre 2treatments of lignocellulosic material has laid a concrete basis for ethanol production at a large commercial scale 1K ey w ords :lignocellulose ;ethanol ;hydrolysis ;fermentation 随着现代工业的发展和世界人口的激增,能源危机日趋加剧。专家估计,可开采石油储量仅还可供人类使用大约50年,天然气还可用75年,而煤炭则为200～300年[1]。目前,世界各国纷纷展开新能源,特别是可再生生物能源的研究与开发。生物能源主要有生物乙醇、生物柴油、沼气、氢气和燃料电池等,其中以生物乙醇的研究与生产最引人注目。生物法生产的乙醇在一些国家和地区正广泛使用。巴西每年以甘蔗作为原料,生产1100万t 燃料乙醇。美国则每年大约生产550万t 以上的燃料乙醇。目前我国乙醇年产量为300多万t ,仅次于巴西、美国,列世界第三[2]。其中发酵法乙醇占绝对优势,80%左右的乙醇 Ξ收稿日期:2004211201 基金项目:国家重大基础研究项目(2003C B71600)作者简介:朱跃钊,男,副研,研究方向:热能工程。联系人:卢定强,男,副研,研究方向:生物化工。　第2卷第4期2004年11月生物加工过程 Chinese Journal of Bioprocess Engineering Nov.2004?11　?

纤维素催化转化制备多元醇和

纤维素催化转化制备多元醇和5-羟甲基糠醛姓名：王静学号：2011207259 班级：工艺二班开题：煤炭、石油和天然气是支撑人类社会生活生存和发展的重要能源支柱。随着1973年由于石油短缺引发的能源危机以及近期国际石油价格大幅上涨，已经让我们认识到能源并不是取之不尽用之不竭的。同时因化石能源的过度消耗带来的环境污染问题也使得社会发展面临着巨大的压力。在化石能源日益匾乏，环境保护彰显重要的形势下，如何发展新能源己经成为各国政府、专家、学者共同关注的焦点问题。正是在这一形势下，人们开始关注生物质能源。多元醇包括山梨醇、木糖醇、甘露醇、麦芽糖醇、甘油和乙二醇等CZ一C6的多轻基化合物。传统的多元醇制备原料多源于石油和天然气等资源，但随着石油、天然气等资源的日渐短缺和人们环保意识的增强，且相当一部分可再生的生物质资源可以用来制备多元醇，使得生物质多元醇的研究越来越多地受到人们的关注。在最初阶段，多元醇多用于食品和医药等行业，随着人们对多元醇的逐步重视和工业技术的进步，多元醇现在己广泛应用于制备聚氨醋材料、烷烃、氢气、燃油以及化工中间体等领域上，成为新一代的能源平台。2004年，美国能源部在一份报告中将甘油和山梨醇等多元醇列为在未来生物质开发过程中最为重要的12种“ buildingblock”分子，可见从纤维素出发制备多元醇的意义非常重大。 2006年，Fukuoka等人利用固体酸(Y一A12o3或A一203一5102等)担载金属Pt或者Ru为催化剂，在水相中463K实现了纤维素的催化转化。在Pt/A12O3双功能催化剂上转化纤维素生产30%产率的六碳醇。采用环境友好的固体酸来替代传统的液体酸，同样可以实现糖普键水解以及金属催化剂的加氢，但在产物分离以及催化剂的循环利用上已经取得了很大改善，其采用的不同固体酸的催化反应北京大学刘海超教授等人发展了利用高温水原位产生的酸催化纤维素水解同时结合Ru/C催化剂催化氢化葡萄糖一步法生产碳六多元醇的过程。该反应过程在5l8K下六碳多元醇的产率能达到23.2%，而且高温水原位产生的酸在低温时消失对环境友好，成本低，无污染。Ru/C催化剂在这个反应过程中的催化活性要超过Pt/A1203，因为相比Pt，Ru是更好的C=0双键氢化催化剂。，反应过程分为两部分，首先，纤维素在高温水原位产生的酸催化下水解成葡萄糖，葡萄糖

原料预处理装置标定方案

原料预处理装置标定方案一、标定目的为全面了解装置技改后的生产状态，考察装置经过改造后的各项经济技术指标情况，对装置进行标定，通过本次标定，为公司下一步的优化物料平衡、公用工程的平衡及全面完成各项任务指标提供参考依据。二、装置标定领导小组为了本次标定工作开展顺利进行，原料预处理二车间特此成立装置标定领导小组组长：** 副组长：** 成员：**和各工艺班长三、标定依据原料预处理装置是由**设计院设计，本装置设计加工原料为**，加工量**万吨/年，年加工时间8400小时。原油进装置(35℃、2.7MPa、596430kg) 分为两路进行换热。两路原油换热汇合后(140℃)，进电脱盐进行脱盐处理，脱后原油(135℃) 去换热。脱后原油(135℃)分两路换热，两路原油汇合后换热至240℃进初馏塔。初馏塔底油经初底泵P–103A/B抽出升压后分为两路换热，换热至300℃后进入常压炉F–101，经常压炉加热至363℃后进入常压塔T–102进行分离。四、主要标定内容 1.本次标定以（**油）为原料，由原料罐区提供，按设计的工艺条件或现有的工艺条件，标定装置的物料平衡情况、加工量能否达到设计水平及装置的总能耗。 2.对装置中的相关计量表进行标定。 3.考察各机泵等主要设备在设计或现有条件下的运转情况。 4.考察在设计或现有条件下产品的质量情况、收率情况。 5.考察原油换热终温是否达到设计水平。 6.考察换后温度，油品出装置温度能否达到要求。

7.考察加热炉出口温度、炉膛温度、加热炉热效率是否在设计范围之内。 8.电脱盐效果是否达到要求。五、标定的准备工作和要求 a)联系调度，安排标定用原料**吨左右。要求在标定期间原料油油种、组成稳定。 b)联系调度处、技术处和罐区准备好标定专用的原料油罐和产品油罐，并配合进行原料油罐和产品油罐的标尺和记录，要求每8小时一次。标定期间所有的油罐专罐专用。 c)联系设备处、维修公司对计量表（尤其是进出装置的计量表）进行检查和校验，确保标定期间正常运行。并做好标定的其它配合工作。 d)联系电修车间做好标定的用电计量等配合工作，要求所有机泵和空冷等设备电功率和装置总电功率每天测试1次，做好记录。 e)联系化验车间按标定方案要求的分析项目作好分析化验的准备工作。标定期间化验车间要做好加样分析，并在规定时间内完成分析。 f)联系动力车间、电修车间、供水车间保证装置水、电、汽、风等的正常供应。 g)联系生产调度处、质检中心做好环境检测，标定期间污水排放每天检测 1次。 h)对装置的工艺和设备作全面的检查，确保标定顺利进行。 i)原料预处理二车间安排好标定取数项目的记录，由工艺员牵头负责好标定期间的工艺数据管理。 j)标定前一天，按照标定的工艺条件调整各操作参数。六、标定工艺条件 k)进装置原料量温度50±5℃ l)F－101常压炉炉出口温度：360±3℃左右 m)F－102减压炉炉出口温度： 370±3℃左右 n)初馏塔顶温：135±10℃，顶压：0.27-0.35Mpa，塔底液面：30-70% o)常压塔顶：125℃±10℃，顶压：≯150Kpa p)常一线馏出：180±5℃

木质纤维素糖化关键技术

木质纤维素糖化关键技术木质纤维素是一种重要的可再生资源，目前主要应用于高蛋白饲料的原料、为生物燃料及化学原料三个领域。但是由于天然木质纤维素的化学成分及结构都十分复杂，使其转化为工业发酵可利用的小分子糖类，需通过有效的预处理工艺及利用大量的多种糖苷水解酶共同作用，才能对其进行有效地生物降解。。因此，一直以来木质纤维素生物转化利用中，所遇到的主要瓶颈是水解过程中糖苷水解酶的种类和用量的高需求及降解方式的低效率，这也是造成纤维素生物转化利用高成本的主要原因。基于上述原因，本实验室主要开展一下关键技术研究并取得一定进展：一、纤维素酶高产菌种开发： ①B -葡萄糖苷酶菌种：通过筛选及一次DNS诱变获得H16桧状青霉菌种邙- 葡萄糖苷酶酶活达100IU/ml （纤维二糖底物）以上，远远高于里氏木霉和黑曲霉的B-葡萄糖苷酶酶活力，且其Km是已经报道的真菌胞外B -葡萄糖苷酶最低的，表示具有高纤维二糖结合能力。 ②全酶系高产纤维素酶菌种：基于组合诱变及基因工程技术具有独立知识产权、兼具木霉青霉特性全酶系纤维素酶高产菌株，目前完成了两种菌种的原生质体融合，最终创制纤维素水解平衡酶系高产菌种。二、底物特异性高效水解酶系制备： ①酶系制备：基于里氏木霉诱变菌种DES-15 （自RUT-C30诱变获得，表现菌丝分支多且短的优异发酵性状）及多尺度数学模型控制下的发酵工艺（建立养分消耗、菌丝生长及纤维素水解等模型进而优化发酵工艺），目前在200L 罐发酵原液滤纸酶活达到25FPU 以上；

②酶系复配：利用上述酶系，基于木质纤维素组成成分以及结构的差异，调整不同酶及非酶组分组成及用量，制备底物专一性高效复配酶系。目前通过酶系平衡配比以及部分添加剂的使用，滤纸酶活达到35FPU/ml 以上。三、新型预处理技术：基于桧状青霉小分子蛋白木质纤维素改性机理解析基础上，建立了藻类类生物预处理技术以及气爆玉米秸秆生物与物理化学预处理相结合的新型工艺。其中利用自由基对藻类细胞壁瞬间预处理后，其转化成还原糖的能力提高了70%，效果显著优于酸碱等预处理工艺，因此可以用于藻类生物炼制以及能源化利用。该预处理方式具有用时短，反应条件温和，成本低，不存在抑制物等优点。

第二章原料预处理

第三章原料预处理作者：何宗付、石玉林（石科院17研究室）催化重整是炼油和石化的骨干工艺技术之一，它以低辛烷值石脑油为原料，通过重整反应使其转化为高辛烷值汽油组分，或经抽提制取高纯度的基本有机化工原料—苯、甲苯和二甲苯等，同时副产大量廉价氢气，为下游临氢装置提供氢源，其重要性是不言而喻的。但随着重整技术的发展，国内重整装置处理能力也不断扩大，常规的重整进料－直馏石脑油、加氢裂化石脑油逐渐不能满足生产需求，于是将二次加工汽油（如焦化汽油或催化裂化汽油）也按一定比例掺到直馏石脑油中作为重整进料。二次加工油的掺入，导致原料油中的硫、氮、烯烃以及金属杂质含量都非常高，原料预处理的操作难度提高，因此预处理技术的重要性也日益关键。原料预处理的目的是为重整装置提供合格进料，预处理装置主要起以下三个方面的作用：（1）对馏分组成的要求根据装置生产要求不同，对原料馏程要求如下：（2）对组成的要求从烃组成的角度来说，芳烃潜含量较高的原料是比较理想的原料。芳潜低于28％的原料通常称为劣质原料，这种原料会影响催化重整的经济性。另外，进料不应含有C5以下的轻烃，轻烃不仅不利于生成芳烃，而且会带来许多不利的影响，如增加能耗，降低氢纯度等。馏分组成是通过原料切割来完成，至于组成的要求与原料性质及切割点有关。

（3）对杂质含量的要求杂质含量要求一般为：硫含量＜0.5ppm、氮含量＜0.5ppm、砷含量＜1ppb、铅含量＜10ppb、铜含量＜10ppb、水含量＜5ppm、氯含量＜0.5ppm。针对原料中的杂质，在预处理部分是通过加氢脱砷、加氢精制、原料脱氯以及蒸发脱水来实现。在本章中，将针对这重整装置对原料要求这三个方面，一一叙述重整预处理技术。第一节原料油的切割重整预分馏的目的，是在重整原料进入反应系统之前，首先将原料中过轻、过重组分分馏出去。分馏出去的轻组分通常叫“拔头油”，切割出的过重组分称为“切尾油”。预分馏过程的基本原理是利用原料混合物中的各种组分的沸点不同，将其切割成不同沸点范围的馏分。在生产高辛烷值汽油时，一般用80～180℃馏分。馏分的终馏点过高会使催化剂上的结焦过多，导致催化剂失活快及运转周期短。轻组分不仅不利于芳烃生成，而且增加了重整装置能耗和降低氢纯度。以生产BTX为主时，则宜用60～145℃馏分作原料。按切割流程在预处理系统中的先后位置不同，可分为前分馏流程和后分馏流程。所谓前分馏流程，顾名思义，就是先分馏，再进行加氢预处理。而后分馏流程则是先加氢预处理，再分馏。前分馏和后分馏流程又可以细分为：单塔蒸馏流程、双塔蒸馏流程、单塔开侧线流程。单塔预分馏通常用于切除原料中较轻的组分，即拔头，所以又称为拔头塔。双塔预分馏即采用两个塔，两个塔分别起拔掉轻组分和切除重组分的作用。单塔开侧线流程，塔顶出轻组分，塔底出重组分，侧线为重整进料的合格馏分。在工业装置上通常采用单塔流程，在本节中对前分馏流程和后分馏流程，以单塔流程进行描述。一、前分馏流程在前分馏流程中，全馏分石脑油从原料罐自流入装置经泵升压后分别与分馏塔塔顶出料和塔底出料换热后，进人分馏塔切割，分为轻重组分，塔顶轻组分出装置。塔底重组分与预分馏塔进料换热后，经泵升压后与预处理循环压缩机出来的氢气混合后，再与预加氢反应生成油换热到一定的温度后，进入预加氢加热炉，加热到反应所需的温度后，进加氢脱砷、加氢精制、脱氯等预处理反应器，生成

木质纤维素处理转化为乙醇的研究进展

木质纤维素处理转化为乙醇的研究进展潘春雷081143020 生科制药班摘要：木质纤维素是廉价易得，来源广泛的生物质，将其转化为生物无污染的，可再生的乙醇燃料具有很好发展前景。本文介绍了对木质纤维素的物理处理，物理化学处理，化学水解处理，生物处理的方法。关键词：木质纤维素，乙醇，处理方法。研究背景：目前世界温室效应及能源危机日益上升，人们在不断地寻找一种可再生的污染小的能源。各国将焦点放在乙醇的生产上。乙醇可以从粮食以及木质纤维素的发酵中得到，但由于全球仍然面临粮食危机，所以研究的焦点转到了对纤维素的处理上。纤维素原料是地球上产出量很大的可再生资源,其来源包括树木的枝叶、农作物的秸秆等, 据估计木质纤维素原料占世界生物质量(100 亿～500 亿t)的50 %【1】在整个生态系统的能量循环中有重要地位。在近几年的生态环境调查中表明农作物秸秆大多被焚烧，以获得钾肥，但此做法不仅污染了环境，而且浪费了资源，开发以木质纤维素为原料制备乙醇的工艺是未来工业燃料生产的发展方向。 1、木质纤维素生物质的主要成分木质纤维素物质的主要组成是纤维素、半纤维素和木质素，纤维素和半纤维素可通过处理得到糖类。纤维素是由葡萄糖分子通过高度脱水缩合连接而成的高分子聚合物，纤维素的水解产物是葡萄糖单体。半维素也是生物高聚物，是由各种不同糖基组成的，主要是六碳糖和五碳糖，在特定条件下可以水解成单糖。木质素是由苯丙烷结构单体组成的天然高分子化合物，在细胞壁中起支撑和把纤维素和半纤维素结合起来的作用，但是木质素不能水解为单糖。 2、木质纤维素的预处理技术（1）物理处理方法常见处理方法是机械破碎法、液相热水处理法等。其优点在于处理方便，装置简单，且处理过程中产生的污染小，但物理法处理要很高的能量, 如电能和热能，所以会增加生产成本。机械破碎法：通常木质纤维素经碾碎处理后的原料大小通常为10～30 mm, 而经粉碎、研磨之后的原料颗粒大小一般为0.2～2 mm。粉碎处理的方法中, 以研磨中的球磨尤其是振荡球磨的效率高【2】。但是粉碎法耗能大, 粉碎处理耗能占整个过程总耗能的一半以上。而且该方法也不能适合所有的物质处理【3】所以此种物理处理方法不是很常用。液相热水处理法：水在强的外界压力下能够渗透到木质纤维素的细胞结构中，从而达到水解纤维素和消除半纤维素的目的。原因是水使得离子化合物电离并溶解半纤维素。相对于化学预处理法, 液态热水法具有以下优点:①不使用酸碱类化学物质, 所以不需使用化学药品进行各种复杂耗时的准备阶段的处理, 对于反应设备无特别严格的抗碱耐酸要求，从而降低了成本，获得更高的经济利益。②在进行液相热水处理法之前, 无需对物料进行降低颗粒大小的粉碎处理,相对于机械破碎法，反应能耗较少③水解产物中中性残余物数量极少, 几乎不产生对发酵有抑制作用的副产品, 对纤维素和半纤维素的下一步化学或生物水解处理不会产生不良的影响【4】。（2）物理化学法物理化学法预处理主要包括蒸汽爆裂、氨纤维爆裂、CO2 爆裂等。蒸汽爆裂法是使高温蒸汽与生物质混合,经计算预定好的时间后迅速打开阀门降压,水蒸气提供了一个强有力的热量载体,可使原料快速升温而不至于使生成的糖受到太强的稀释作用。在减压时，喷射出的蒸汽和液化物质由于压力降低而迅速放热，温度降低。该预处理方法可以使高压蒸汽可渗入纤维内部,最终以气体的形态从封闭的细胞膜和细胞壁中爆发出来,使纤维发生一定的物理断裂，于此同时,高温高压加剧了纤维素内部氢键的破坏和顺序构型的变化,得到了可以构成糖的官能团,促进半纤维素和

木质纤维素预处理方法的研究进展

木质纤维素预处理方法的研究进展摘要:概述了几种比较实用的木质纤维素预处理技术,总结了各种预处理技术的方法?原理以及优缺点,进而对木质纤维素预处理方法的发展前景进行了展望? 关键词:木质纤维素;预处理方法;研究进展 Research Advances of Pretreatment Technology of Lignocellulose Abstract: Some practical pretreatment technologies of lignocellulose were briefly introduced, including the main methods, principles, advantages and disadventages. And the development prospect of pretreatment technology of lignocellulose was put forward. Key words: lignocellulose; pretreatment method; research progress 随着世界经济的不断发展和石油资源的日益消耗,开发更加长久有效的能源是各国面临的一个巨大难题?作为一种可再生能源,生物质能源是中国能源可持续发展的必然战略选择之一?利用木质纤维素生产生物乙醇?丁醇等生物质燃料是生物质能源开发的重要内容?我国天然纤维素原料非常丰富(包括农作物秸秆?林业副产品?城市垃圾和工业废弃物等),利用生物技术分解和转化木质纤维素既是资源利用的有效途径,对于解决环境污染?食品短缺和能源危机又具有重大的现实意义? 1 木质纤维素的结构木质纤维素是指以纤维素?半纤维素和木质素为主要成分的原料,3种成分在植物原料中的含量分别为35%~50%?15%~25%和15%~30%?纤维素是聚合度在 1 000~10 000的葡萄糖的线性直链聚合物,由结晶相和非结晶相交错形成,结晶相结构致密,阻碍纤维素的分解?半纤维素结构较纤维素简单,主要是由木糖?阿拉伯糖等戊糖及少量的葡萄糖?甘露糖和半乳糖等己糖形成的直链或支链聚合物,在适宜的温度下易于溶解在稀酸溶液中并降解成单糖?木质素是一种由苯丙烷结构单体组成的具有复杂三维结构的芳香族高聚物,在植物结构中发挥胶粘作用,将纤维素和半纤维素紧密结合在一起,增大茎秆的机械强度,起到木质化作用,阻碍微生物对植物细胞的攻击,同时减小了细胞壁的透水性?纤维素和半纤维素作为可酵解糖类,占原料总重的65%~75%[1]? 2 预处理的目的木质纤维素的转化利用可分为原料预处理?酶水解和糖发酵3个阶段,主要的技

纤维素生物能源转化利用现状的分析研究

纤维素生物能源转化利用现状的分析研究孟玥（中国药科大学，江苏，南京，邮编：２１１１９８）摘要:本文综述了现阶段纤维素生物能源转化利用的现状，阐明了纤维素生物能源利用过程中存在的基本问题。对纤维素转化为乙醇燃料过程中的预处理技术、纤维素酶技术、发酵乙醇和转化过程集成等环节的研发现状、存在问题、技术难点和研究方向等做了比较详细的论述。关键词:纤维素；纤维素酶；生物能源 Analysis of the conversion and utilization of cellulose bio-energy MENG Yue （China Pharmaceutical University,Jiang su Nanjing Zip:211198） Abstract:This paper reviewed the current situation in conversion and utilization of cellulosic biomass energy,explained the basic problems in the process of bio-synthesizing cellulose bio-energy.It also discussed in details about the current situation of research,the obstacles,the technical problems and the research direction in the process of pretreatment,cellulose enzyme technology,fermentation of ethanol and inte -gration of the fermentation reactions.Key words:cellulose;cellulose;bio-energy 国土与自然资源研究 ·78· TERRITORY &NATURAL RESOURCES STUDY 2010No.4 文章编号：1003-7853(2010）04-0078-03 中图分类号：TK6 文献标识码：B 进入21世纪以来，人类在能源、资源与环境等诸方面都面临着非常严峻的问题。纤维素是将可再生碳水化合物蓄积得最丰富的一种物质，怎样把纤维素转变成高效的能源，成为新能源研究中的一个重要方向。有关纤维素生物转化的研究已有百年历史，但至今纤维素乙醇产业仍没有形成 [1][2] 。纤维素乙醇生产的工艺过程是首先采用有效的预处理技术打破由纤维素，半纤维素和木质纤维素等高分子相互结合形成的天然屏障，然后利用纤维素酶将预处理后的木质纤维素降解成可发酵性的单糖，再通过微生物将可发酵性单糖转化成乙醇等液体燃料[3]。 1预处理技术预处理技术是松弛、软化纤维结构使之变成酶可以处理的状态的“事先准备”技术。其作用是改变或去除其物化结构和组成的障碍，实现原料组分分离定向转化，更有利于微生物或者酶对原料中纤维素和半纤维素进行充分的降解和低分子化。 1.1预处理方法对木质纤维素的预处理方法主要包括物理法、化学法、物理化学法和生物法。常用的物理方法包括机械粉碎、蒸汽爆碎、微波辐射和超声波预处理等；物理化学法包括蒸汽爆破和氨纤维爆破法；化学法一般采用酸、碱、次氯酸钠、臭氧等试剂进行预处理，其中以NaOH 和稀酸预处理研究较多；生物法是用白腐菌产生的木质素分解酶类和氢键酶。 1.1.1碱处理具有标志性意义的研究成果发表于2002年，丹麦Rise 国家实验室研究人员利用碱湿氧化法（水、碳酸钠、氧气、高温高压）处理小麦秸秆取得了良好的效果，纤维素回收率达96%，酶解转化率为葡萄糖的产率为67%。这一成果的后续研究包括预处理过程作中对催化生成乙醇的微生物抑制，以及对半纤维素的继续处理方法。 1.1.2稀酸预处理稀酸预处理纤维原料的研究很早就已经展开，后续研究的方向之一是对预处理产物的酶解研究。已证实了利用纤维二糖酶可以有效提高稀酸预处理的参数，并进一步发展了稀酸预处理后的酶解模型。酶解模型的进一步研究有两条主线：一是进一步发展成软木的同步糖化发酵模型，并由此用于研究纤维素水解过程中的乙醇和纤维二糖酶的抑制作用。另一条主线是，稀酸预处理改进为 SO2蒸汽两步处理，两段式处理工艺可以使半纤维素和纤维素分别在不同条件下得到水解，其效果比直接处理效益好。 1.1.3蒸汽爆破技术蒸汽爆破技术将汽爆与溶剂（乙醇、离子液体、甘油等）萃取组合，实现原料化学水平组分分离，形成了秸秆中半纤维素定向转化为低聚木糖（或木糖醇）、纤维素定向酶解发酵、木质素分离纯化的秸秆高值转化路线。将汽爆与湿法超细粉碎组合，实现原料纤维组织和非纤维组织的分离，形成了纤维组织定向酶解发酵、非纤维组织定向热化学转化乙酰丙酸等的高值转化。 1.1.4离子液体的特殊溶剂离子液体是100℃以下的较低温度也能维持液体状态的盐。离子液体的分子结构非常复杂，一般分子量都很大，多是具有碳氢化合物侧链的有机物。2002年美国阿拉巴马大学的Robin D. Roger 教授首次报告了在100°C 左右能够溶解纤维素的离子液体的研究。后来又有在常温下溶解纤维素的研究成果，还知道了将酶溶解在离子液体中能够使酶发挥活性的事实。还发现将纤维素和纤维素酶同时溶解，能够实现常温下纤维素的酶糖化。溶解纤维素的离子液虽然具有在常温下溶解纤维素的优良特性，但所有的都是亲水性的，这就是难点所在，关键在于要向溶解了糖的离子液体加水。离子液体如果是疏水性的，就会像水和油那样物理分离。如果糖的水溶解度大于其离子液体溶解性，那么糖就会从离子液体向水相转移。这样一来，就能顺利地将糖从离子液体分离出来。对疏水性离子液的开发，将是未来攻克的主要技术。这不仅可以提高纤维素糖化效率，从离子液体的重复利用的观点看也是非常重要。纤维素变成糖后，将糖从离子液体分离后，离子液体可以再次作为纤维素的溶剂使用。直接关系到降低成本的问题。 [4]

木质纤维素预处理技术

木质纤维素预处理技术单独某一种预处理方法并非对任何原料都有较好的效果。目前的木质纤维素预处理方法有很多种，可分为物理法、化学法、物理化学法、分步组合法和生物法几大类。 1物理方法物理方法预处理主要是增大比表面积、孔径，降低纤维素的结晶度和聚合度。常用的物理方法包括机械粉碎、机械挤出、高能辐射等[1]。 1.1机械粉碎机械粉碎即将物料切碎、碾磨处理成10～30mm或0.2～2mm的颗粒，比表面积增高，结晶度、聚合度降低，可及度增加，有利于提高基质浓度和酶解效率，但不能去除木质素及半纤维素。粉碎分为干粉碎、湿粉碎，包括球磨、盘磨、辊磨、锤磨、胶体磨、机械挤出等，胶体磨适用湿物料，而球磨对干、湿物料都适合。由于粒径与能耗相关，经济性不高，效果单一，故粉碎常与其他方法相互补充[2]。研究表明，甘蔗渣、麦秆经球磨与盘磨粉碎后酶解率及乙醇得率均显著提高；经宽角X射线衍射分析，球磨主要通过降低结晶度改善酶解，而盘磨则主要依靠去纤维化。机械挤出是一种应用前景良好的预处理新技术，处理效果受到设备尺寸及参数的影响。物料通过挤出器时在热、混合和剪切作用下引起物理、化学性质的改变，依靠螺旋挤出转速及温度打破木质纤维结构，引发去纤维化、纤维化效应，缩短纤维长度，改善了酶对底物的可及性[1]。 1.2高能辐射高能辐射是用高能射线如电子射线、γ射线对原料进行预处理，可使纤维素聚合度下降，降解为小纤维片段、寡葡聚糖甚至纤维二糖，使结构松散，打破纤维素晶体结构，增加反应活性。采用γ射线辐照处理秸秆，可使纤维素酶解转化率提高至88.7%。KIM等[3]证明电子束照射确实能增加纤维素的酶解率：稻秆用80kGy、0.12mA、1MeV的电子束照射后酶解葡萄糖得率达52.1%，比直接酶解的22.6%增加近30%。 2化学方法 2.1酸预处理酸法是研究得最早、最深入的化学预处理方法，分为低温浓酸法和高温稀酸法。低温浓酸(如72%H2SO4、41%HCl、100%TFA)处理效果通常优于高温稀酸，能溶解大部分纤维素和半纤维素，但是其毒性、腐蚀性及危害大，需要特殊的防腐反应器，酸回收难度较大，后期中和需消耗大量的碱，因此应用受到限制[2]。稀酸法是目前较常用而成熟的方法之一，生物质在较高温度(如140～190℃)和低浓度酸(如0.1%～1%硫酸)作用下，可实现较高的反应速率，半纤维素组分几乎100%除去，纤维素的平均聚合度下降，反应能力增大，酶水解率显著提高，但去除木质素不很有效。稀酸法因其效果好、污染少成为研究的热点并获得了较大进展，如美国国家可再生能源实验室(NREL)开发了比较成熟的稀硫酸预处理—酶解发酵工艺并建成了中试装置。稀酸法最大的缺点是产生副产物如甲酸、乙酸、糠醛、羟甲基糠醛、糖醛酸、己糖酸等，即影响酶解又抑制微生物生长和发酵。稀酸法可在较高温度(180℃)处理较短时间(5min)也可在较低温度(120℃)处理较长时间(30～90min)，温度和酸浓度越剧烈预处理效果越好，但抑制产物会增加。 CHEN等[4]提出“半纤维素/纤维素分离-分步发酵”(XCFSF)工艺路线，玉米芯经稀硫酸预处理后木糖得率为78.4%，纤维素回收率为96.81%，水解木糖和纤维素残渣酶解后的糖液发酵乙醇，酶解残渣同步糖化发酵(SSF)，最终将70.4%的半纤维素和89.77%的纤维素转化为乙醇。酸可以用硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、碳酸等无机酸，也可用乙酸、丙酸、草酸等有机酸。将蔗渣在高于160℃条件下经稀磷酸预处理，可有效水解半纤维素为单糖，且副反应少[5]。用80%乙酸、0.92%硝酸在120℃处理麦秆20min，81%的半纤维素和92%的木质素被水解或

原料预处理原则

1原料预处理系统操作原则严格执行原料预处理岗位的工艺操作指南,并保证离心机、过滤系统、减压进料炉F1101、减压塔T1101的正常生产与操作，负责本岗位的开停工及事故处理；同时负责原料预处理系统所有的换热器，水冷却器和机泵的正常运转；做好本岗位工艺设备及相关的工艺管线的巡检和日常维护工作，做好交接班和原始记录；保证整个装置的安全平稳运行，为下游装置的平稳生产创造条件，完成车间下达的有关指令和任务。原料预处理岗位负责离心机、过滤器、减压进料炉、减压塔及所属机、泵的开、停车操作，做好日常机泵的运行操作和维护保养，确保机泵的平稳运行，保证整个装置的安全平稳运行。原料预处理的目的是通过原料系统的处理，使原料煤焦油达到反应进料的指标，为反应系统的平稳运行打下坚实的基础。原料预处理系统是整个煤焦油加氢装置的前分馏系统，主要是把煤焦油组分切割出能适应加氢的馏分，把其余的焦炭残渣、沥青质等重组分分离出来。原料系统的减压分馏段的操作方要把握三条原则：物料平衡、气液平衡和热量平衡的原则，定性参数轻易不要改变，利用定量参数来调节的原则。减压系统稳定操作的原则：在稳定物料平衡的基础上，调节塔的热量供给和热量分布，确保产品的合格，在操作中重要区别什么是定性参数（P、T），什么是定量参数（F），尽量保持定性参数不变，通过调节定量参数来调节产品质量。即在正常操作中应稳定塔顶压力、塔顶温度、塔底液面及各塔顶回流量，以侧线抽出量来调整产品质量。温度：温度是系统热平衡和物料平衡的关键因素，要想保持系统的平稳操作，就要严格控制好各点的温度。分馏各点温度的高低主要视进料性质而定，温度是随着进料变化程度进行增加或降低的，所以在正常操作中，应随进料性质变化及时调整各点温度。压力：压力控制的平稳与否直接影响产品质量、系统的热平衡和物料平衡，甚至威胁到装置的安全生产。在对塔压力进行调节时要进行全面分析，尽力找出影响塔压的主要因素（一般情况下主要有：进料、回流带水、轻组分量变化），进行准确而合理的调整使操作平稳下来。在进行压力调节时要缓慢，不要过大，不要随便改变给定值，防止大幅度波动造成冲塔事故。液面：液面是系统物料平衡的集中体现，塔底液面的高低将不同程度的影响产品质量，收率及平稳操作，液面过高将会造成雾沫携带甚至冲塔现象，液面过低易造成塔顶泵、塔底泵抽空，以致损坏设备。所以控制好各塔液位尤其重要，它是系统稳定操作的基础，一般液位控制在40-60%。对于T-1101，在调节过程中，如果产品能保证质量，塔顶回流尽量不要过大，一定确保塔内有一定量的内回流，如果塔内没有内回流，产品分离将不会得到保证。选择适当的回流量对塔的操作很重要，在进料和转化率有小的波动时，只需将过剩的热量做一下调整，就可以保证操作仍在原操作参数下进行，在正常操作时应尽量稳定塔顶回流量和回流温度，同时在减压塔进料量增加时相应比例提高回流量。控制好回流量的操作，对稳定整个塔操作至关重要。 2.反应系统操作原则严格执行反应岗位的工艺操作指南，按生产方案要求，控制合理的反应深度，保证原料油系统、循环氢系统、新氢系统、反应器系统、高低分系统的正常生产和平稳运行。做好本岗位工艺设备及相关工艺管线巡检和日常维护工作，特别是加强重点设备和部位的检查，严格做好交接班制度和数据的原始记录。系统出现波动要及时汇报和处理，确保装置“安、稳、

木质纤维素预处理方法研究进展综述

学校代码：__________ 学号：1302021001 Hefei University 生物工程下游技术综述论文题目：木质纤维素预处理方法研究进展学科专业：生物xx 作者姓名： xxx 导师姓名： xxx 完成时间： 201x.xx.xx

生物工程下游技术木质纤维素预处理方法研究进展摘要木质素是自然界中仅次于纤维素的可再生复杂天然高分子化合物原料，因其产量巨大，长期以来被视为有发展前途的生物质材料，但由于木质素本身结构的复杂性，导致其在预处理过程和工业应用中存在诸多问题与困难。本文介绍了传统木质素预处理方法，如:酸法和碱法等；并归纳了近年来在木质素提取方法上的新进展与新思路：在预处理过程中，研究人员使用物理、化学和生物技术，尝试了多种绿色环保的预处理手段。最后对预处理技术的发展方向予以展望。关键词:木质纤维素材料;燃料乙醇;预处理；新进展 1.前言木质素是自然界中含量第二的天然高分子化合物，其含量仅次于纤维素。它是制浆造纸工业的主要副产物，也是木材水解工业中不可缺少的副产物，是重要的可再生资源之一。到20世纪末，可再生能源产生的能量已占到世界总能量消耗的13%，其中有很大一部分是利用生物质材料所提供的能量。世界各国对生物质尤其是木质素等原料在生物能源应用方面已经有一定的规模，如加拿大等木材资源丰富的国家，生物质材料所产生的能量已占居民生活总能量的5%，占整个工业消耗能量的17%[1]。面对日益严峻的资源、环境等问题，寻求环境友好且可再生的新能源成为亟需解决的问题。生物质能直接或间接地来源于植物的光合作用，是太阳能以化学能形式存在于生物中的一种能量形态，是唯一可再生的碳源，能够转化成常规的气态、固态或液态的燃料。目前使用木质纤维素材料生产燃料乙醇已经达成共识，并成为生产燃料乙醇的最佳途径。据文献报道，全球每年可产生约1×1010Mt纤维质原料，但是每年用于工业过程或燃烧以提供热量的纤维质原料仅占总产量的2%左右，若能通过生物转化成燃料乙醇，必将对能源紧张的局势有所缓解［2］。天然木质纤维素材料的结构与性质非常复杂，半纤维素通过氢键与纤维素相连，其侧链通过阿魏酸或醛酸与木素相连，半纤维素与木素将纤维素包裹起来，形成了难以被微生物所降解的聚合体。并且，纤维素本身高度结晶，难以被纤维素酶水解。因此，对木质纤维素材料进行预处理是增加纤维素转化率的必要条件［3］。预处理是用木质纤维素材料生产燃料乙醇的关键技术之一，同时被认为是酶法生产燃料乙醇过程中影响生产成本的关键性因素之一。预处理方式的选择将直接影响到纤维素的水解效率，从而影响到乙醇的产率［4］。下面将对影响预处理效果的因素及传统和新型木质素的预处理方式进行综述。 2.生物质的抗降解屏障及影响纤维素水解效率的因素绿色植物在长期进化过程中，为了适应环境，进化出了一套结构严密而有效的以抵抗环境因素及微生物降解的防御体系。Michael等［5］指出植物的天然结构是生物质抗化学与酶解的天然屏障，并将其细分为以下8个方面:①植物的表皮组织; ②维管束的密度和分布;③厚壁组织的相对含量;④细胞壁成分的复杂性及其结构的异质性;⑤木质化的程度;⑥次生壁外的瘤状层;⑦降解酶组分与不溶性底物的相互作用过程;⑧细胞壁中存在的及转化过程中所产生的抑制物质。木质纤维素材料经过预处理后，纤维素水解效率的差异取决于预处理方式的选择、所处理物料的特性、纤维素酶用量及酶系的组成。预处理强度对纤维素的水解效率有着显著的影响，为了获得较好的纤维素水解效率，需要适当提高处理强度，但是强度的提高会增加能量的消耗，同时也会降低糖的回收率，因此需要在纤维素的水解效率与能量消耗及糖回收率之间找到平衡点［6］。

木质纤维素预处理技术_易锦琼

农产品加工·学刊 2010年第6期随着能源、环境、粮食三大危机的出现，发达国家和发展中国家越来越认识到寻求清洁、可再生能源的迫切性[1]。从20世纪70年代石油危机爆发以来，一些国家开始尝试利用生物质原料生产燃料乙醇。越来越多的国家将生物质能源产业作为国家的重大战略推进，纷纷投入巨资进行生物质能源的研发。以玉米、麦、甘蔗等农作物为原料生产燃料乙醇，在许多国家（如巴西、美国、中国）已实现产业化和商业化。但在世界范围内，粮食供应仍是一个大问题，以粮食为原料生产燃料乙醇必将受到限制。而以木质纤维素生产燃料乙醇具有可再生性、无污染性等特点，得到了广泛的研究与应用[2-6]。木质纤维素是地球上最丰富、最廉价，且符合可持续发展要求的可再生资源[7-8]。每年仅陆生植物就产生纤维素约500×108t ；纤维素资源还是最主要的生物质资源，它占地球生物总量的60%~80%。我国是一个农业大国，玉米秸秆、小麦秸秆和稻草是我国农业生产中农作物的3大秸秆，每年仅农作物秸秆就有7×108多t ，林业副产品、城市垃圾和工业废物数量也很可观。以纤维素为原料生产乙醇有巨大发展潜力和工业应用前景。木质纤维原料主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其结构稳定复杂[9-10]。纤维素不仅被半纤维素和木质素所包裹，且其本身也存在着高度结晶性使酶制剂很难与纤维素接触[11]。天然纤维素材料直接进行酶促水解，酶解率一般都非常低（ <20％）[12]，进而影响总糖产率，增加了经济成本。因此必须借助化学和物理的方法进行预处理，破坏纤维素—木质素—半纤维素之间的连接，降低纤维素的结晶度，脱去木质素，增加原料的疏松性，以增加纤维素酶系与纤维素的接触面积，从而提高酶效率。1 预处理方法预处理必须满足以下要求[13]：促进糖的形成，或提高后续酶水解形成糖的能力；避免糖降解或损失；避免形成副产物阻碍后续水解和发酵过程；节约成本。目前，木质纤维素原料预处理的方法主要有：物理法、化学法、物理化学法和生物法等。1.1物理方法常用的物理方法有：机械粉碎、微波处理、高温分解和高能辐射等。1.1.1机械粉碎机械粉碎包括：干法粉碎、湿法粉碎、球磨和锤磨等。木质纤维素原料在机械外力作用下颗粒变小，收稿日期：2010-03-01基金项目：973计划项目（2009CB226108）。作者简介：易锦琼（1986-），女，湖南人，在读硕士，研究方向：生物质能源。E-mail ：yijinqiong@https://www.360docs.net/doc/4d662345.html, 。木质纤维素预处理技术易锦琼1，2，熊兴耀1，2 （1.湖南省作物种质创新与资源利用重点实验室，湖南长沙410128；2.湖南农业大学园艺园林学院，湖南长沙410128）摘要：纤维质物料的预处理是木质纤维素原料生产燃料乙醇的关键步骤。介绍了木质纤维素的组成结构及其对纤维素水解的影响，概述了酸碱处理、湿氧处理、爆破处理、氨爆破处理等方法，对预处理技术的发展前景进行了展望。关键词：纤维素；半纤维素；木质素；预处理中图分类号：TQ223.12+2文献标志码：A doi ：10.3969/jissn.1671-9646(X).2010.06.001 Research on the Pretreatment of Lignocellulose Yi Jinqiong 1，2，Xiong Xingyao 1，2（1.Hu'nan Provincial Key Laboratory for Gerplasm Innovation and Utilization of Crop ，Changsha ，Hu'nan 410128，China ；2.College of Horticulture and Landscape Architecture ，Hu'nan Agricultural University ，Changsha ，Hu'nan 410128，China ）Abstract ：The pretreatment of fibre material was a critical step in the production of fuel ethanol by lignocellulosic materials.The structure and composition of lignocellulose ，and its effects on cellulose hydrolysis were introduced.Various pretreatment techniques of lignocellulose were summed up in this paper.The foreground of the development of pretreatment techniques was also predicted. Key words ：cellulose ；hemicellulose ；lignin ；pretreatment 第6期(总第211期)农产品加工·学刊 No.62010年6月 Academic Periodical of Farm Products Processing Jun. 文章编号：1671-9646(2010)06-0004-04