军川秸秆燃料乙醇项目建议书

军川秸秆燃料乙醇项目建议书内容摘要：

其分支结构使半纤维素无定形化，比较容易被水解成其组成的糖类 ， 但其所含的五碳糖不能被发酵利用， 含量约占总量的 20%～ 30％。 木质素是以苯丙基为基本结构单元连接而成的高分枝多分散性高聚物 ,非常难于被降解。 纤维素是细胞壁的主要成份，在纤维素的周围充填着半纤维素和木质素，阻碍了纤维素酶同纤维素分子的直接接触。 可用于转化成酒精的生 物质资源 除农作物秸杆外，还 包括针叶材、阔叶材 、森林加工剩余物、农林废弃物以及城市纤维垃圾等，其原料成分 分析如表 1。 通过化学和生物化学的方法可将纤维素和半纤维素水解成单糖，继而发酵成酒精。 （ 2）预处理 黑龙江省军川农场是黑龙江畔的一颗璀璀璨明星 农作物秸秆生产燃料乙醇项目 8 表 1 植物纤维原料的组成 (单位：％，干基 ) 原 料 纤维素 戊聚糖 木质素 苯醇提取物 灰分 玉米杆 稻 草 桦 木 红 松 25 云 杉。 植物细胞壁中，微纤丝被半纤维素和木质素通过物理和化学作用所包裹，不利于纤维素酶对纤维素的进攻，未经预处理的植物纤维原料的天然结构存在许多物理和化学的屏障作用 ，纤维素酶水解得率低，仅为 10%～ 20％左右 ，植物纤维原料在酶水解前必须经过预处理，达到细胞壁结构破坏 (包括破坏纤维素 木质素黑龙江省军川农场是黑龙江畔的一颗璀璀璨明星 农作物秸秆生产燃料乙醇项目 9 半纤维素之间的连接、降低纤维素的结晶度和除去木质素或半纤维素 )、增加纤维素比表面积的目的，以便适合于纤维素酶的作用。 植物纤维原料预处理的方法很多，包括物理法、化学法、生物化学法以及以上几种方法的联合作用，各种预处理的方法如表 2。 物理法预处理需要较多能量，预处理成本高，而且水解得率低；化学法预处理的不利因素是处理后的原料在产酶或酶解前需用酸或碱中和，产酶时间较长；利用白腐菌预处理的 一个主要缺点是白腐菌在除去木质素的同时分解消耗部分纤维素和半纤维素。 因此，物理法、化学法、生物法都不适合作为工业化生产的 表 2 植物纤维原料的预处理方法 物理法 化学法 生物法 联合法 射线处理 盐酸水解 白腐菌 蒸汽爆碎法机械 磨碎法 硫酸水解 高温机械磨碎法 醋酸水解 碱 机械磨碎法 氢氧化钠 二氧化硫 蒸汽爆碎法 预处理方法。 在各种预处理方法中，蒸汽爆碎法适合于植物纤维原料的预处理，在蒸汽爆碎过程中，物理和化学的作用使半纤维素 水解成单糖和寡糖，部分木质素溶解而使得原料适合于纤维素酶的作用。 黑龙江省军川农场是黑龙江畔的一颗璀璀璨明星 农作物秸秆生产燃料乙醇项目 10 蒸汽爆碎预处理的机理目前还 不十分清楚，瑞典隆德大学的puri 认为 ，在蒸汽爆碎过程中，醋酸自水解是一个十分重要的反应。 但 Brownell 等 发现半纤维素链上含乙酰基较少的原料蒸汽爆碎 预 处理后酶水解仍能达到理想的效果。 虽然植物纤维原料在蒸汽爆碎过 程中的详细变化还不十分清楚，但在蒸汽爆碎过程中，将发生以下变化 ：细胞结构破环；纤维素结晶度和聚合度下降；半纤维素通过自水解作用转变成单糖和寡糖；纤维素 半纤维素 木质素的结构破坏；部分木质素的 β 芳醚键断裂且木质素发生部分缩合作用。 （ 3） 纤维素酶及酶 水解 纤维素酶是降解纤维素成为其葡萄糖单体所需 的一组酶的总称，它不是 单种酶，而是起协同作用的多组分酶系。 一般认为主要包括三类酶组分 ： 内切葡聚糖酶 (EG)、 外切葡聚糖酶（ CBH）和 纤维二糖酶（ CB）。 它们的水解机理是： EG 以随机形式水解β 1， 4葡聚糖，作用于 较长的纤维素链，对末端键的敏感性比中间键小，主要产物是纤维糊精 ； CBH 能从纤维素链的非还原端或者还原端一个一个地依次切下纤维二糖单位 ； CB 能水解纤维二糖和短链的纤维寡糖生成葡萄糖。 （ 4） 发酵 发酵 是在无氧条件下，微生物（即 酵母菌）分解葡萄糖等 有机物，产生酒精 和 二氧化碳等不彻底氧化产物 ,同时释放出少量能量的过程。 其化学反应式为： C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP 黑龙江省军川农场是黑龙江畔的一颗璀璀璨明星 农作物秸秆生产燃料乙醇项目 11 (放出能量 :118 kJ/mol) 文字式 为 ：糖（葡萄糖、果糖或蔗糖） → 醇类（乙醇） + 二氧化碳 + 能量 (ATP)。 对于纤维材 料的生物利用总的来说可分为二类：一类是先经纤维素酶或半纤维素酶 水解产生葡萄糖、木糖等发酵性糖，再由另外一类微生物 (如酵母菌 )发酵产生乙醇等物质，即二步发酵法 ；第二类是经过一个步骤即可将 纤维性物质转化为乙醇，其中又分为有二种 微生物参与的同时糖化发酵和仅用一个菌株的直接发酵法两种。 二步发酵法是先由微生物 (多数为丝状真菌 )在纤维性材料上产生纤维素酶和半纤维素酶，然后进行酶解纤维素、半纤维素产生糖，再由酵母菌发酵产生乙醇 (即产酶、酶解、发酵三个步骤 )。 这三个步骤所需要的条件各不相同 (如温度 )，整个过程经历的时间较长 ，需要二种微生物的作用，在工艺上较复杂，实际生产中很难应用；利用二株菌的同时糖化发酵法与两步法相比，可消除酶解时产物对酶解作用的抑制，缩短了发酵时间，但仍需二种微生物的分别作用，自 20 世纪八十年代以来，直接发酵法得到国内外 同行的重视，它是仅利用一种微生物产生的纤维素酶和半纤维素酶酶解产生的糖仍由同一株菌来完成发酵的过程，此方法工艺简单，历时短，对纤维性材料的生物法全利用有很大实际意义。 （ 5）蒸馏、脱水和变性 黑龙江省军川农场是黑龙江畔的一颗璀璀璨明星 农作物秸秆生产燃料乙醇项目 12 蒸馏法是用来提高 液体 酒精度的一种工业生产方法，即 先给含水较多的酒精加热 使它汽化，把蒸气引出，再经过冷凝管冷却液化成纯度较高的酒精溶液。 是一种化工操作的基本方法。 脱水是将酒精由共沸物（含乙醇 %）提高至 %的加工过程。 这一过程的技术含量高，目前有 汽化膜脱水 、真空蒸馏 、化学反应脱水 、 气相分子筛脱水 、 三元共沸物 蒸馏脱水（称 Melle法） 和 萃取蒸馏 等工艺。 乙醇变性 处理 是指加入 2%一 5%(v/v)的变性剂 (车用无铅汽油 )后 ,使其 成为 与食用酒精相区别而不能饮用的燃料乙醇。 此外还要加入微量的金属防锈剂。 （ 6） 污水处理 目前我国 以玉米为原料生产 燃料乙醇 的 过程中排出大量高浓度有机废水，生产 1t 燃料乙醇 排放废水约 1113t，其中 COD含量一般都在 8万 12万 mg/L，最高达 17 万 mg/L；硫酸根浓度为 50008000mg/L，有的高达 万 mg/L。 如果以农林废弃物为原料生产 燃料乙醇 ，排放的废 水量更大。 较先进的污水处理工艺是采用“厌氧、好氧结合”工艺对 生产和生活污水进行治理，处理后排放出水的水质达到国家《污水综合排放标准》 (GB89781996)中一级标准。 此工程包括：收集池、好氧工艺处理污水、发酵产沼气，生产用 燃煤蒸汽 锅炉进行 燃气 改造。 滤液经好氧处理后污染物稳定就可达标排放。 可大量减少 COD 排放量，大大促进了废物减量化、资源化和无害化。 其经厌氧发酵产生的沼气经气黑龙江省军川农场是黑龙江畔的一颗璀璀璨明星 农作物秸秆生产燃料乙醇项目 13 水分离及脱 S 处理后送储 气罐，通过管道则可用于锅炉燃料。 据资料介绍，每生产 1 吨乙醇所产的废水可产 沼气 190m3220m3。 每立方米沼气的热值相 当于 1公斤标煤， 故每产一吨乙醇可 节约燃煤 200公斤。 三、 我 场秸杆资源分析 我国秸秆年产量约 7 亿吨 ， 以稻草、玉米秸秆和小麦秸秆为主，主要集中在中部和东北的主要农 作物产 区和西南部分省市，以黑龙江、河北、山东、江苏和四川五省最为集中。 由于秸秆产量未列入国家有关部门的统计范围，直接测量农作物秸秆单位面积的产量也比较困难，因而秸秆的产量通常依据农作物的产量计算而得，即采用 “ 秸秆系数 ” 法估测秸秆产量。 秸秆系数是秸秆产量与谷物籽实产量的比值 ，其值参见表 3。