利用纤维素制备燃料酒精的研究.doc

利用纤维素制备燃料酒精的研究
翟雨亮
（鸡西大学安全与环境工程系.黑龙江鸡西.158100）
摘要：利用纤维素制备燃料酒精是发展新能源的重要途径，具有巨大的潜力和可再生性。文章综述了燃料酒精的发展状况，重点阐述利用纤维素制造燃料酒精的预处理、糖化过程的新工艺。
关键词：纤维素；燃料酒精；预处理；糖化
Studyontheproductionoffuelalcoholfromlignocellulosicofbiomass
ZhaiYuliang
（SafetyandEnvironmentalEngineeringJixiUniversity.Jixi.Heilongjiang.158100）
Abstract：Theproductionoffuelalcoholfromlignocelluloseisaneffectivewaytoimproveenergysupplystructure,atthesametimeitcanrealizesustainabledevelopmentofruraleconomy.Thedevelopmentoffuelalcoholwasstudied,variousprocessesforlignocellulosepretreatment,saccharificationwereintroduced.
Keywords:lignocelluse;fuelalcohol;pretreatment;saccharification
随着国民经济的进一步发展，整个社会对酒精的需求量在逐步增长。但是，酒精的最大需求量是作为汽油的代用品，即用作燃料。燃料酒精的生产与应用，可以转化剩余的农产品，保护农民的利益，同时对缓解石油供需矛盾和保护环境具有重要战略意义。
l国外燃料酒精的发展概况
酒精作为一种替代燃料应用于工业生产出现在近代特定的历史时期。20世纪70年代，在世界范围内接连发生了2次石油危机，利用生物资源(包括利用植物纤维生产液体燃料酒精)的各种尝试和研究在世界上形成了一个热潮。美国、加拿大、法国、澳大利亚等国家的政府和个人都投入了大量资金来进行这方面的研究。
1．1美国燃料酒精的发展情况
1979年，美国国会为减少对进口原油的依赖，制定了联邦政府的“酒精发展计划”，开始倡导燃料酒精生产。1993年，加州开始实施“灵活燃油车辆计划”，制定了用于轻型车的E85(85％酒精+15％汽油)的燃油标准。1999年7月，由于汽油增氧剂MTBE(甲基叔丁其醚)不能降解，严重污染了环境及水资源，因此美国环保局与国会合作，建立并推行一个新的国家清洁替代燃料计划，并在4a内全面禁止使用MTBE，这对燃料酒精的发展起到了进一步的推进作用。
1．2巴西燃料酒精的发展情况
巴西有着丰富的甘蔗资源，是世界上最大的产糖国和蔗糖出口国，酒精的生产成本非常低。1976年，为了减少对石油的依赖，巴西制定了“生物能源计划”，用甘蔗汁直接生产酒精作汽车燃料。巴西的“酒精汽油计划”对20世纪80年代中期世界燃料酒精的发展起到了巨大的推动作用。目前，巴西酒精的年产量达l000万t，几乎全部用来代替汽油，作为汽车燃料使用。
国际上4大发酵酒精生产国是巴西、美国、中国、俄罗斯，主要酒精出口国是美国、巴西、欧盟、南非、沙特阿拉伯和加勒比海诸国。
纤维素原料的预处理工艺
纤维素原料是多组分物料，合理利用纤维素原料必须将纤维素转化为它的组成单元——葡萄糖。影响纤维素分子降解的2个主要因素是纤维素晶体结构和其周围的木质素，破坏木质素保护层和改变纤维素的晶体结构都可促进纤维素的降解。纤维素原料的预处理方法有化学法、物理法、物理化学结合法。
2．1化学法
①氢氧化钠处理法：氢氧化钠可以裂解木质素，溶解部分半纤维素，纤维素则由于水化作用而发生膨胀。氢氧化钠的浓度、反应温度及氢氧化钠的洗脱方法对预处理的效率有一定的影响。
②酸处理法：高浓度的酸能溶解木质素和半纤维素，纤维素在较低的温度(10-45℃)下，能完全溶解于浓硫酸和浓盐酸中，但形成的产物不是葡萄糖而是寡糖等。浓酸水解后的主要问题是酸的回收、中和、洗脱等问题，易造成浪费及环境污染。由于纤维素与酸的接触面积比较小，所以反应速度相对于半纤维素慢许多。稀酸在水解过程中的浓度较低，可以不进行回收，但是它的得糖率低且耗酸量过大。
2．2物理法
①研磨法：即将纤维素原料磨碎以增加纤维素酶的酶解率，这是最常用的预处理方法。原料经研磨后尺寸变小，结晶度降低，平均聚合度(DP)变小，原料的水溶性组分增加，酶解率随原料颗粒变小而上升。研磨的方法有双滚筒研磨、球磨、锤磨、湿胶体磨、干磨等。
②高能辐射法：采用高能射线如电子辐射、γ-射线对纤维素原料进行预处理可以降低纤维素原料的聚合度(DP)，增加活性，有利于纤维素的水解。