运维巡检系统田嫚; 罗冰; 秦虹
it运维系统详细设计【期刊名称】《《化工设计通讯》》
【年(卷),期】2019(045)010
【总页数】2页(P104-105)lrx
【关键词】清洁能源; 燃料乙醇; 发酵法; 生物质 【作 者】田嫚; 罗冰; 秦虹
【作者单位】西南科技大学城市学院 四川绵阳 621000
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ223.122; TQ920.6
随着全球经济的快速增长和工业的不断发展，能源的消耗日益增加，传统化石能源的不可再生性及在使用过程中引起的环境污染问题，使得研究绿可再生能源替代传统能源成为全球研究热点。燃料乙醇具有清洁安全、可再生的特点，是优良的替代能源之一。燃料乙醇是指体积浓度大于99.5%的无水乙醇，它不仅可以作为燃料，还可以作为燃油的增氧剂[1]。目前制备燃料乙醇的方法主要分为两种。一是化学合成法，即利用炼焦、石油裂解等产生的废气，如H2、乙烯、COx等作为原料经化学合成反应制备乙醇的方法；二是发酵法，即利用微生物发酵技术制备乙醇的方法，分为生物质发酵法和合成气发酵法[2]。目前，我国生产燃料乙醇的方法主要是发酵法，所以本文主要围绕发酵法的研究现状展开。 金属焊接1 全球燃料乙醇发展现状
目前，美国是世界上最大的车用乙醇汽油生产和消费国。其生产燃料乙醇的原料主要以玉米为主[3]，全美有四成的玉米都用于生产燃料乙醇。1975年，巴西就推出了全国燃料乙醇计划，并且在20世纪80年代初便已开始全面使用乙醇汽油。巴西是全球最早开始建设燃料乙醇项目的国家，也是全球最早立法支持生物能源的国家。目前，巴西是全球第二大燃料乙醇生产国，其主要以甘蔗、糖蜜作为原料生产燃料乙醇。
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我国是世界上第三大生物燃料乙醇生产国和消费国，但我国燃料乙醇的发展却远滞后于世界排名第一的美国和排名第二的巴西。我国燃料乙醇的生产方式主要有三条路线：纤维质乙醇、煤制乙醇、玉米乙醇。目前，生物质发酵制燃料乙醇仍是我国燃料乙醇制备的主要方式[4]。槭叶铁线莲
2 发酵法制燃料乙醇的工艺条件
我国生产燃料乙醇主要以玉米为原料，因此以玉米为原料制备燃料乙醇的工艺条件的研究比较普遍。Rasmussen等[5]在研究玉米酒精生料发酵时，配料浓度为35%（w/w），按醪液量的0.25%添加干酵母，初始pH为4.5，发酵温度27℃，在发酵96h后，乙醇浓度可达到147g/L。柏争艳[6]以玉米秸秆发酵生产燃料乙醇为技术路线，设计了一种较为理想的生产工艺。即经过动态挤压和氧氧化钠预处理后的玉米秸秆，加入纤维素酶和纤维二糖酶处理后的糖液作为底物，利用基因重组酵母，在32℃，pH=5.0的条件下发酵72h，得到的乙醇浓度可达到30g/L。Edeniq公司采用的玉米纤维乙醇技术称为“Intellulose”，该技术主要采用胶体磨技术（CellunatorTM）处理物料。其工艺流程大致为：调浆之后，把浆料泵入该公司特制的胶体磨，玉米颗粒在胶体磨内被进一步打碎，结合在玉米纤维上的淀粉就会释
放出来，同时将纤维细磨。磨浆的目的是降低淀粉和玉米纤维颗粒的粒度，使其更加均匀，这样有助于纤维素酶和淀粉酶作用，物料输送也会更加顺畅，减少阻塞。淀粉液化之后，加入纤维素酶同步糖化发酵。采用该技术后，乙醇总产量可提高4.9%～5.8%，其中，增加的乙醇产量中有0.5%～2.5%来自纤维素[7]。
除了玉米之外，以其他生物质如水稻、小麦等作为原料制备燃料乙醇也是近年来的研究热点。王芳[8]通过对小麦掺用的生产工艺研究，确定了小麦掺用玉米熟料发酵生产工艺。预处理工艺：水料比2.2～2.4，pH值5.6～5.8；液糖化工艺：喷射温度88～90℃，加入α-淀粉酶保温2h后，温度降为60℃，调节pH值4.0～4.2，糖化时间15～20min，糖化DE值控制在40%左右；发酵工艺：pH值3.3～3.6，温度30～33℃，发酵时间60～65h。王莲[9]采用同步糖化发酵工艺制备乙醇，适宜的工艺是将水稻秸秆在温度40℃，pH=4，纤维素酶的添加量25U/g时加入8%的酵母进行同步糖化发酵，此时发酵得到的乙醇转化率为69.22%，乙醇得率为15.58%。针对酿酒酵母不能代谢木糖的问题，陈朝儒[10]通过代谢工程的改造，构建了能够高效发酵木糖生成乙醇的酿酒酵母工程菌。利用工程菌对甜高粱茎秆进行乙醇发酵尝试，效果良好。但是木糖的代谢能力还未达到商业化生产要求。段常锁[11]以—年产燃料乙醇12kt规模的乙醇厂为例，通过优化酿酒酵母生产菌株为前提，提高粉浆的浓度与
流量稳定性，减少生产波动，提高发酵质量。使发酵成熟醪的酒度提高1.69%（V/V），残余还原糖降低0.16%，残总糖降低化0.61%。
陈稻谷、陈小麦是指储存时间超过3a以上，在存储过程中，稻谷、小麦的品质会下降，口感变差，由于其内部结构的变化，可能导致有害物质含量超标，不宜作为口粮食用。这类生物质作为原料制备燃料乙醇也具有一定研究价值。王灿等[12]在玉米加工工艺的基础上进行改造，以陈稻谷为原料，采用全粉碎技术生产燃料乙醇，其工艺流程如图1所示。该工艺特点：发酵完成后，残总糖1.39%，还原糖0.29%，残淀粉0.04%，酒分14.33%，淀粉出酒率53.5%。陈稻谷作为原料相比玉米淀粉的出酒率更高，并且，陈稻谷采购单价比玉米低，即燃料乙醇的生产成本降低了17%，提高了企业的经济效益。王瑀等[13]通过对陈化水稻发酵生产燃料乙醇条件的研究，得出最佳工艺条件为：喷射温度105℃，DE值控制10～12为宜，酒母接种量为25%时糖酒转化率最高。其完整工艺为：用孔径为2.0mm的筛网对水稻进行过筛，控制粉浆干物质含量29%～30%，进入液化工段，添加淀粉酶，经粉浆罐预热，105℃进行喷射液化，然后进入蒸煮维持罐，再经过液化闪蒸后进入液化罐，液化结束经换热器降温至28～32℃。液化醪添加尿素、糖化酶、杀菌剂、酒母一起进入发酵罐，发酵0～8h控制温度28.0～31.5℃，8h后温度控制32.5℃～33.5℃，发酵至60h结束，
经精馏系统得到即可成品酒精。实验结果：全水稻发酵60h成熟醪平均酒分12.41%（V/V），残总糖1.49%，酸度、挥发酸、杂菌指标都较低。赵二永[14]通过陈化小麦生料发酵实验及玉米生料发酵实验，得到结论：经HPLC分析，陈化小麦生料发酵后残糖含量较低；和传统工艺相比，玉米生料发酵结束时残糖含量和甘油含量都比较低，在发酵后期，酵母的死亡率较低，最终出酒率较高，整个发酵过程中均未发现染菌。通过本实验还发现，与传统工艺相比，玉米生料发酵需要更细的粉碎颗粒度。
图1 陈稻谷加工燃料乙醇工艺流程
发酵法制备燃料乙醇，除了可以以生物质作为原料，还可以以合成气作为原料，由于我国是一个农业大国，所以这种方法相对于前一种方法研究相对较少。汪洪涛[15]介绍了一种发酵法制取燃料乙醇的新工艺，其原料是钢铁工业煤气。来自于钢铁厂的原料气经预处理后进入发酵工段；发酵罐中的发酵液不断循环并保持合适的pH值，同时发酵罐内温度需稳定在37℃左右；发酵后得到的液体称为醪液，其乙醇浓度在4%～5%，然后将醪液送到醪液罐；将醪液罐内的稀乙醇溶液温度升到70℃送到蒸馏塔。醪液蒸馏得到的无水乙醇蒸汽经冷凝便得到成品乙醇。
3 发酵法制备乙醇存在的问题及解决方案
1）发酵时的二氧化碳中会夹带少量乙醇。在发酵时会产生大量的CO2和乙醇，气态的CO2跑出去时会夹带少量乙醇在里面，如果不及时处理就会造成乙醇的浪费。目前处理的方法是将CO2和乙醇回收利用。
2）糖化醪的浓度问题。糖化醪浓度稀，有利于酵母的滋生代谢，但高浓度糖化醪发酵却能提高设备利用率，降低生产成本，增添产量。因此，生产上尽可能采取高浓度糖化醪发酵[16]。
3）杂菌的危害。在发酵的过程中会产生一些杂菌，杂菌产生的酸会对酵母的繁殖和代谢有影响，同时，酸度的增加会对淀粉酶有抑制。因此，要特别注意车间的清洁卫生和进行必要消毒灭菌[17]。
4）蒸汽泄漏。在锅炉中加热的时候，会产生大量蒸汽。如果产生泄露，应实时封闭进气口和进风口，加大开放输出口，让蒸汽都排放出去。由于蒸汽高温，所以还要准备放热服。
5）乙醇的储存。由于乙醇的沸点燃点都较低，属于易燃易爆物。因此一般要放在阴暗的地
区进行储存，尽量避免阳光暴晒发生爆炸，做好防爆的安全措施[18]。
4 总结与展望
我国是一个农业大国，生物质资源具有先天优势。但是由于生物质发酵的原料具有能量密度低，分布性太广不利于收集等特点，而且使用交通工具运输会提高成本；其次，虽然我国燃料乙醇产业的发展已有十余年，但是在生产体系、技术等方面与美国和巴西还有一定差距。这些都是目前我国燃料乙醇发展的遇到的现实问题。尽管如此，发展燃料乙醇又是我国必行的可持续发展之路。石油等资源日渐匮乏、环境污染严重的今日，各国政府都在寻可替代的新能源。我国出台的《可再生能源发展“十三五”规划》中明确提出：积极引进、消化、吸收国外先进经验，大力发展纤维素乙醇；结合陈次粮和重金属污染粮消纳，控制总量发展粮食燃料乙醇；根据资源条件，适度发展木薯、甜高粱等燃料乙醇项目，到2020年，生物液体燃料年利用量达到600万吨以上[19]。《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》中明确提出在全国范围内推广使用车用乙醇汽油，到2020年基本实现全覆盖[20]。国家车用乙醇推广领导小组特约专家乔映宾表示，现在正是扩大燃料乙醇生产规模的最好时机[21]。在国家政策的大力扶持及推广下，以及人们环保意识的逐渐提升，相信燃料乙醇未来发展一片光明。
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