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1、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 - 1 - （项目管理）黑龙江省军 川农场秸秆燃料乙醇项目 建议书 作者：宋广才 2010 农作物秸秆生产燃料乙醇项目建议书农作物秸秆生产燃料乙醇项目建议书 目 录 一、项目概述1 二、技术的可行性分析3 1、秸杆燃料乙醇生产技术现状3 2、生产技术概述6 （1）原料7 （2）预处理7 （3）纤维素酶及酶水解9 （4）发酵10 （5）蒸馏、脱水和变性11 （6）污水处理11 三、我场秸杆资源分析12 四、项目建设的技术方案14 五、项目的经济分析16 六、存在的问题19 七、项目建议20 主要参考文献23 黑龙江省军川农场是
2、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 1 农作物秸秆生产燃料乙醇项目 一、 项目概述 能源是人类生存和发展的基本需求。随着社会经济的持续 高速发展,用以支撑社会进步的一次能源的代表石油,已成为 现代文明赖以生存的“血液”。然而,地球上的一次能源是有限 的、不可再生的,并且已呈逐渐枯竭之势。据联合国能源组织多 次评估,再过 50 年左右,地球上的石油储量大工业化开采将趋结 束。能源短缺已是现代社会面临的一个重大问题。为了寻求替 代能源,几十年来,人们做出了不懈努力,通过大量的研究、对比 和实践,来寻找可方便制取、使用的可再生能源。近些年来,世界 将目光集中到生物燃料乙醇上来。 我国
3、对生物燃料乙醇发展特别谨慎。在 2008 年 6 月召开 的全球粮食安全高级别会议上,我国表示：将坚持走有中国特色 的生物能源发展道路,坚持“不与人争粮、不与粮争地”的原则, 严格控制用玉米、油料等粮油产品生产生物燃料,坚持充分利用 秸秆、畜禽粪便等农业农村废弃物发展生物质能源。 农村废弃物如稻草、玉米秸秆、麦秸、蔗渣及森林工业副 产品等具有来源丰富，品种多，再生时间短等优点。目前没有 得到充分利用，而且常常造成环境污染。据统计，全世界每年 可生产生物质 2200108t，相当于目前世界能源消耗的 810 倍。我国纤维素类可再生资源非常丰富，仅农作物的秸秆就有 7108 t。因此，如何成功地开
4、发这一资源作为液体燃料，已成 为世界各国普遍重视的研究课题。 乙醇是来自可再生资源的最有发展前景的液体燃料，但目 前生物法生产的乙醇还主要来自糖类和淀粉发酵，面对世界人 口的急剧膨胀和粮食短缺，用粮食生产酒精的发展将受到限制。 近年来，利用生物技术转化农业废弃物秸杆中的纤维素生成酒 精的工艺因其具有循环经济和低碳经济（作物的光合作用取碳 于大气，而作为燃料则把碳放回大气，实际是“无碳经济”） 的特征，以及不与粮争地和变废为宝的特点，而引起了人们的 浓厚兴趣，被认为具有良好的发展前景。燃料乙醇的使用，可 减少原油的消耗，保护宝贵的不可再生资源，可以显著提高汽 油的辛烷值，防止发动机爆震，减少运输
5、设备的损耗，可以减 少汽车尾气中 C02、CO、S02 等对环境的污染，尤其可大量减 少臭氧排放量，保护地球大气环境。因此，这项技术也更符合 我国的国情。 事实上，自 20 世纪 60 年代第一次能源危机以后，许多发 达国家和部分发展中国家即根据各国具体资源情况着手燃料乙 醇的开发，如美国以玉米为主，而巴西、印度等以糖蜜为主， 在美国每年生产的燃料乙醇在 500 万吨以上。在巴西，汽车所 需燃料的 43%以上已使用燃料乙醇。燃料乙醇的使用不仅减少 了该国对进口石油的依赖，还为该国创造 500 万人的就业机会。 在我国，燃料乙醇的生产与使用问题已提出多年，引起了 党中央和国务院的高度重视，明确要
6、求加快燃料乙醇产业的发 展。 秸杆燃料乙醇以玉米、水稻等农作物秸杆为原料，经预处 理、水解、发酵、蒸馏和脱水等工艺而制成。乙醇脱水后得到 无水乙醇(99.5%V/V)，它是一种高热值燃料，每千克发热能 2.97x104kj。无水乙醇添加适量变性剂后形成变性燃料乙醇， 再把变性燃料乙醇和汽油以一定的比例混配形成车用乙醇汽油 (将乙醇按 10%15%的比例加入汽油中作为燃料，现有发动 机不经过任何改装即可正常运行)。 农作物秸秆燃料乙醇的生产与使用，对我国农业发展有其 重要的作用。我国是农业大国，农作物秸秆产量约为 7 亿吨 年，居世界首位。农作物秸秆的主要成分为纤维素、半纤维素 和木质素，是一种
7、宝贵的可再生资源。目前，我国秸秆的主要 用途是造纸、饲料、农村生活能源，还有一部分用来还田造肥， 另有约 15.6%的秸秆被废弃或焚烧。利用农作物秸秆生产燃料 乙醇，既能解决原料问题，又能变废为宝，增加农民收入。 我场秸杆资料更加丰富，除少部分还田和做为生活燃料外， 大部分焚烧了，造成了环境的污染和资源的浪费。 二、技术的可行性分析 1、秸杆燃料乙醇生产技术现状 成熟的技术是实现工业产业化的前提。以秸杆为原料生产 乙醇是国内外十分关注的课题。 国内以农林废弃物为原料制备燃料乙醇的研究单位很多， 并取得了可喜的成果。中科院过程所开发了秸秆酶解发酵燃料 乙醇新技术，在不加酸碱的秸秆汽爆处理技术、秸
8、秆固相酶解 发酵气提分离乙醇耦合体系和纤维素酶固态发酵系统等方面取 得了多项自主知识产权，并完成了 3000t/a 秸秆发酵生产燃料 乙醇的中试。 厦门大学通过化学诱变和物理诱变方法，对灰绿曲霉等分 解菌株进行突变，获得高活力的突变株，其活性比出发菌株高 50%，筛选的酵母菌株用于秸秆制乙醇转化率大于 10%。利用 灰绿曲霉对甘蔗渣、稻草秸秆进行分解，蔗糖的转化率可达 40%， 稻草秸秆的转化率达 45%。 河南天冠集团与山东大学、浙江大学等合作，攻克了利用 秸秆为原料制备乙醇的关键技术，使原料转化率超过了 18%， 完成了 300t/a 的中试。 山东大学开发了从原料玉米芯生产低聚木糖、木糖
9、醇的技 术，以废渣为原料的乙醇收率高达 20%以上，已完成了 3000t/a 中试。 华东理工大学完成了 600t/a 以秸秆为原料生产燃料乙醇的 中试。清华大学也完成了以秸秆为原料制备燃料乙醇的中试。 此外，中国农林科学院麻类研究所和陕西师范大学合作开 展麻类纤维素预处理、糖化液酵解制备燃料乙醇的研究，将超 临界二氧化碳、酶法脱胶、微生物发酵技术和酶工程有机结合 在一起，该技术可使麻类、玉米芯和芦苇的总糖转化率达 67%，糖醇转化率达 43%。 这些研究为以农林废弃物作原料生产燃料乙醇打下了良好 的基础。从现有的技术分析，采用酶水解技术更为合适。与酸 水解相比，酶水解可在常压下进行，能量消耗
10、低，产率较高。 但是由于国内在酶生产技术、戊糖发酵菌株构建等方面还没有 取得根本性突破，生产技术尚未完全成熟。目前国内所进行的 中试研究，每吨燃料乙醇消耗原料都在 6t 以上，生产成本在 5000-6500 元/t，还不适合产业化生产。据悉，今后在技术上 的研究重点为：原料的预处理技术。农林废弃物的主要成分 是纤维素、半纤维素、木质素，只有纤维素能被降解转化为乙 醇，因此要开发高效的原料预处理技术，从农林废弃物中获得 最大量的纤维素。开发高活性的纤维素酶。纤维素酶存在生 产效率低和生产成本高的问题，目前生产 1gal(1gal=3.785L) 乙醇纤维素酶的费用为 3050 美分，必须研究开发
11、高活性的 纤维素酶，使纤维素酶的成本降到 5 美分/gal 乙醇才具竞争力。 开发高效的发酵和分离提取工艺。目前燃料乙醇生产存在原 料消耗、能耗高，转化率、收率低的问题，应开发高效的发酵 和分离提取技术和工艺，降低原料消耗和能耗，提高转化率和 收率。 国际上，已有国家在研发试验以纤维素为原料的燃料乙醇 生产技术，加拿大 Iogen 公司在纤维乙醇技术开发领域居世界 领先地位, 于 2008 年率先建成世界第一座工业规模纤维乙醇综 合厂。壳牌投资 4600 万美元，建设年产 20 万 t 燃料乙醇的商 业化生产线。德国正在开发使用木材和麦秆等生产高级柴油的 技术。美国能源部也支持了一个投资巨大的
12、纤维素乙醇中试及 产业化攻关项目，旨在利用木材、稻草、玉米秸等纤维素废料 生产燃料乙醇，其中仅发展高效纤维素水解酶技术的公司就获 得能源部的 3200 万美元的政府拨款资助。 在国家产业政策的扶持下，我国正逐步开展以纤维为原料 生产燃料乙醇的工作。 2006 年 8 月，河南天冠集团开始建设年产 3000 吨的纤维 素乙醇项目。这是国内首条纤维素乙醇产业化生产线。这一生 产线的建设与投入使用，将使得利用农作物秸秆类纤维质原料 生产乙醇成为现实，其意义非常深远。由于受规模限制，纤维 乙醇的生产成本高达 6000 至 6500 元/吨，按当时成本计算， 比小麦为原料生产燃油乙醇的成本高 500 元
13、至 1000 元，但是 随着试验成功，产能扩大后，成本有望降低。 中粮集团 500 t/a 纤维素中试装置于 2006 年 11 月 22 日 一次试车成功，在世界上首次将连续汽爆技术应用于纤维乙醇 生产，所用纤维素酶是中粮集团与丹麦诺维信公司联合开发的， 从试验结果看各项技术指标均达到国际先进水平。 以秸杆为原料生产乙醇首先面临的是原料体积庞大，收集、 运输、储存问题需很好解决；其次是原料木质素含量较高，当 采用酸解预处理时所产生的酸性废水必须好好解决；最后是酶 制剂所占成本比重很大，导致燃料乙醇成本偏高。 2、生产技术概述 以秸杆为原料生产乙醇的工艺为：秸秆预处理(有酸处理 法、蒸汽爆破法
14、、湿氧化法等)水解工艺(有稀酸、浓酸、酶水 解)发酵(有同步糖化发酵法、固定化细胞发酵、木糖发酵) 出池蒸馏脱水变性处理燃料乙醇。 （1）原料 农作物秸秆主要是由纤维素、半纤维素和木质素三大部分 组成。纤维素的化学组成十分简单，是由 -D 一葡萄糖通过 1，4-苷键连接而成的线型结晶高聚物，它容易被纤维素酶 水解，产生葡萄糖，进而通过发酵生产乙醇，是生产农作物秸 秆燃料乙醇的主要物质，其含量约占总量的 40%50。半纤 维素在结构和组成上变化很大，一般由较短、高度分枝的杂多 糖链组成，链上连接着数量不等的甲酰基和乙酰基，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
