生物质合成气发酵生产乙醇技术的研究进展

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1、生物质合成气发酵生产乙醇技术的研究进展链接：www.china-nengyuan.com/tech/99098.html来源：中国新能源网china-nengyuan.com生物质合成气发酵生产乙醇技术的研究进展1，21，2111李东，王忠铭，袁振宏，吴创之，廖翠萍1中国科学院广州能源研究所，广州，(510640)2中国科学院研究生院，北京，(100039)摘要：七十年代以来，开发低成本、可持续和可再生能源已成为各国的研究热点。以生物质为原料生产的燃料乙醇是一种很有应用潜力的能源。本文简要讨论了生物质合成气发酵生产乙醇的技术途径，分析了该技术的优点、工艺过程、生产成本

2、和市场化进程，特别介绍了美国BRI公司和密西西比乙醇公司（ME）在生物质合成气发酵生产乙醇方面所做的工作；同时，指出了对我国发展生物质合成气发酵技术的必要性和应用前景。1.引言能源是现代社会赖以生存和发展的基础，液体燃料的供给能力与国民经济可持续发展密切相关，是国家战略安全保障的基础之一。液体燃料的不足已严重威胁到我国的能源与经济安全，为此我国提出了大力开发新能源和可再生能源[1，2]、优化能源结构的战略发展规划。生物质是惟一可以转化为液体燃料的可再生能源，将生物质转化为液体燃料不仅能够弥补化石燃料的不足，而且有助于保护生态环境。生物质包括各种速生的能源植物、农业废弃

3、物、林业废弃物、水生植物以及各种有机垃圾等。我[3]国生物质资源丰富，理论年产量为50亿吨左右，发展生物质液化替代化石燃料有巨大的资源潜力。乙醇是一种优质的液体燃料，每千克乙醇完全燃烧时约能放出30000kJ的热量。乙醇燃料具有很多优点，它是一种不含硫及灰分的清洁能源，可以单独作为燃料使用；同时，一定量燃料乙醇加入汽油后，混合燃料的含氧量增加，辛烷值提高，降低了汽车尾气中有害气体的排放量。事实上，纯乙醇或与汽油混合物作为车用燃料，最易工业化，并与[4]先进工业应用及交通设施接轨，是最具发展潜力的石油替代燃料。乙醇的生产方法可概况为两大类：发酵法和化学合成法。化学合成法

4、是用石油裂解产出乙烯气体来合成乙醇，有乙烯直接水合法，硫酸吸附法和乙炔法等，其中乙烯直接水合法应用比较多。目前，乙醇生产主要是糖质作物（甜菜，甘蔗等）和淀粉质作物（玉米，土豆等）的直接发酵，以及纤维质原料（玉米秆，稻草等）的水解－发酵这两种工艺。在人们探索生物质液体燃料生产技术过程中，生物质合成气发酵生产乙醇无疑是一种新方法，它是一种由生物质间2和H2的中间气体，这些气体被称作生物质合成气，然后，再利用微生物发酵技术将其转化为乙醇。2.生物质合成气乙醇发酵工艺的优势从使用的原料角度来看，化学合成法显然不适宜，石油是不可再生资源，它的利用违背了可持续发展和环保的原则[5

5、]，现在，发酵法生产的乙醇占全球总量的95%以上，其中绝大部分的燃料乙醇产业化生产都以粮食为生产原料，如巴西以甘蔗为原料，美国和欧盟国家则以玉米和小麦为原料，然而，占生物质资源70％以上的纤维素类原料也可以用于生产乙醇等液体燃料。无论是直接发酵还是间接发酵都存在一些问题：这两种工艺的产业化都需要国家的财政补贴，高成本的水解酶以及废液的形成（含有酸预处理和生物质酸水解过程中产生的有毒化合物）；另一方面，当利用生物质时，大约10～40wt％的木质素[6]不能被降解成可发酵化合物。为克服上述问题，已经有很多科研工作者进行了大量的努力工作，但效果不是很好。这里介绍的生物质合成

6、气发酵制乙醇工艺过程，它将全部生物质（包括木质素以及难降解部分）通过流化床气化过程转化成合成气，既提高了生物质的利用率，也解决了木质素废液的处理问题。合成气也可以通过化学催化转化（F-T合成）成液体燃料[7]，但与合成气的乙醇发酵工艺相比，后者更具吸引力：页面1/10生物质合成气发酵生产乙醇技术的研究进展链接：www.china-nengyuan.com/tech/99098.html来源：中国新能源网china-nengyuan.com（1）化学催化需要高温高压条件，这导致热效率损失和较高的加热成本，然而，微生物的发酵转化是在低温低压条件下完成，这样可以降低能量和设

7、备成本，增强了生产安全性；（2）微生物转化与化学催化相比可以提高产率，因为只需很少一部分底物用于微生物生长；（3）在适宜条件下，微生物转化具有较高的选择性，可以转化成一种主要产品；（4）生物催化剂－细胞的回收以及再生较为容易；（5）生物质合成气流量和气体组成比对反应过程影响不大；（6）发酵过程没有硫化物中毒的情况。3.基本流程3.1生物质气化气化过程需要在一定的温度下进行，以免产生大量灰渣，还应该在氧不足的条件下气化，以免过分燃烧且合成气中含有O2(影响后面的发酵过程)。根据原料的不同操作温度有所不同，一般情况下反应温度在750-800℃，压力要求仅