Iogen公司利用纤维素生物质生产乙醇的示范加工过程.ppt

Iogen公司利用纤维素生物质生产乙醇的示范加工过程 2013-6-17 1. 纤维素类物质开发燃料乙醇的简况 ????在利用纤维素（指作物秸秆、牧场草、稻草和木本类植物等）为原料生产燃料乙醇方面，目前国外技术产业化进展较快的单位有加拿大艾欧基（Iogen）公司、美国BC?International公司、美国Arkenol公司、西班牙Abengoa?公司等。国内则为华东理工大学、河南南阳天冠集团、中粮生化能源黑龙江（肇东）公司，安徽丰原集团和中国科学院过程工程研究所等单位。 表1. ?2008年4月我国燃料乙醇生产企业简况?单位：万吨/年 引言 艾欧基公司将混入加拿大石油公司加油站的汽油中向外销售，这标志着加拿大在纤维乙醇燃料商业化生产方面走在了世界前列。 乙醇被认为是最有可能替代汽油等化石能源的可再生能源之一。不过对于以玉米和小麦等谷物为原料的乙醇来说，燃烧时能提供的能量和制造时需要耗费的能量一样多，从而使人们对乙醇的应用前景产生怀疑。而纤维乙醇燃料则是以稻草和木屑为原料，这使它在能量的净产出方面令人不容置疑。这一技术性改变得益于艾欧基公司在生产中使用了朝鲜战争期间发现的一种酶。这种酶的腐蚀能力强，能轻易破坏帐篷和衣服，当时军队把这种酶称作“皮肤病酶”（JUNGLEROT）。 引言 ? Iogen公司用加酸爆破预处理和酶水解工艺，已在加拿大渥太华建立了日加工麦秆量40吨的生产示范装置（年产乙醇约3000吨），生产1吨酒精消耗4.3吨麦秆，成本约513美元/吨，比玉米酒精高20％左右。壳牌石油公司已向Iogen公司投资4600万美元开发年生产20万吨乙醇的新型设备，预计2008年投入使用。 3. 过程概述 原料的选择 蛋白质预处理后可充分降解不能被经济的回收，灰分含量太高会对设备产生影响，淀粉可以很容易的分解成葡萄糖，并且可增加乙醇产量。 Iogen公司使用的原料是一些农业残留物（如稻草、干草）以及草之类的能源作物。 3.3 预处理 Iogen公司预处理的基础设施是蒸汽喷发装置。在Iogen的实验工厂，成捆的小麦秸秆经过切割和碾磨后转入到预处理反应器。向反应器中通入高压蒸汽和0.5%~2%的硫酸，使温度达180~260℃，原料在这种条件下维持0.5~5 min，随后蒸汽的压力迅速下调。 原料经过预处理后，其纤维结构受到破坏，呈深褐色泥状，有甜味。不同的原料，在反应器中处理的时间各不相同，但是其他大多数的操作条件维持恒定。 纤维素酶的生产 Iogen公司采用液体深层发酵的方法生产纤维素酶，发酵罐与生产抗生素类似。在开始发酵前，培养基通过蒸汽灭菌，待液体培养基冷却后，在发酵罐中加入产纤维素酶的微生物。发酵温度为30℃，pH4~5，整个过程的操作条件，通过回流冷却水和补加碱液维持恒定。 3.4.1 BG的不足问题 木霉纤维素酶是三种不同酶的混合物，包括纤维二糖水解酶(CBH)，约占全酶80%；内切葡聚糖酶(EG)约占全酶的20%；β-葡萄糖苷酶(BG)，占全酶的不到1%。 纤维素水解存在着许多固有的困难，这也成为了许多研究工作的重点。最重要的是，BG在反应中供应不足，这不仅是由于酶本身浓度低，而且还受到产物葡萄糖的抑制。由于BG的缺乏，纤维二糖就会积累，而纤维二糖不能直接用于乙醇的发酵，同时还会抑制CBH和EG，继而阻碍了CBH和EG在水解纤维素中的作用。 4. 亟待解决问题 （1）木质纤维素原料分散，季节性强，尤其是农作物秸秆。 （2）木质纤维素预处理技术有待进一步优化和提高。由于天然纤维素原料的结构复杂的特性，使得其纤维素、半纤维素和木质素三者不能有效分离；另外伴随产生一些中间副产物，实验表明，这些物质抑制酵母的生长和代谢，最终影响乙醇产率。 （3）缺乏高效的纤维酶菌株，现有的纤维素酶制剂效果较低，使得酶解糖化经济成本较高，当前生产一吨纤维乙醇需要酶制剂成本在2200～2600元。 （4）缺乏能够同时高效利用戊糖和己糖的发酵菌株。在木质纤维水解中，其中有相当比重的木糖（葡萄糖/木糖约为2）。因此，戊糖的利用是影响纤维乙醇综合成本的关键一项。 （5）在管理上还应加大科技经费的投入，整合国内相关技术资源，从原料预处理工艺、特殊设备制造、环境污染治理控制、酶制剂研究生产、微生物构建、发酵、精馏提纯、液态燃料研究等环节开展合作研究，从而加快解决关键生产技术，不断降低生产成本。 在实验室运行顺畅的加工过程，到了商业规模化后经常陷于困境。艾欧基公司就遇到这样的问题，可高效将纯净的小麦秸秆转化为糖类的酶，在用于1000 多磅混杂有污垢、死老鼠和石头的秸秆垛的时候就失效了。“我们在这个上面已经花了许多年的时间。最后的结论就是，你知道地越多，你就会发现越多你不知道的，”艾欧基公司帕斯莫尔说。 5. 小