第二章 生物炼制与可再生资源.pptVIP

第二章 生物炼制与可再生资源 * * 在化石能源资源渐趋枯竭和环境压力越来越大的背景下，21世纪将是可持续和多元化的清洁能源世纪。2006年5月在德国首都柏林举行的“面向21世纪的生物燃料”国际会议也指出，发展中国家应主要通过发展生物燃料满足能源增长需求，促进农村经济发展，并向发达国家出口生物燃料。为了实现人类社会、经济的可持续发展，进一步建立人与自然的和谐关系，从根本上改变目前重点依赖化石原料的制造加工工业的生产模式，发展以农村生物质为原料的生物炼制产业是解决人类所面临的资源、能源和环境问题的唯一途径。 2.1 石油炼制到生物炼制 2.1.1 石油炼制 石油炼制以不可再生的化石资源（石油、煤炭、天然气等）为原料，以化学催化剂为手段，实现物质的彻底、多元化转化（图2.1）。这一模式受到化石原料的严重制约而终将被新的工艺所取代。 图2.1 石油炼制工艺 常压蒸馏 减压蒸馏 催化重整 芳烃抽提 芳烃分离 轻汽油馏分 富氢气体 汽油组分 苯 甲苯 二甲苯 催化重整 延迟焦化 减压渣油 重馏分 减压馏分 重柴油馏分 气体分离 石油产品精制 吸收 轻柴油馏分 煤油馏分 裂化气 焦化气 炼厂干气 丙稀 丙烷 丁烯 丁烷 裂化汽油 裂化柴油 直馏柴油 直馏煤油 直馏轻柴油 焦化汽油 焦化柴油 石油焦 常压渣油 原油 2.1.2 生物炼制——新型经济产业的缔造者 生物炼制以现代石化工业为模板，采用类似于流化催化裂化、热裂解和加氢裂解等集成化平台技术，用先进的预处理和酶水解等生物平台技术将生物质转化为各种糖类，再通过糖平台技术转化为大宗生物乙醇产品和各种高附加值中间体化学品，生产出燃料乙醇、生物柴油等新型能源、聚乳酸等新型生物材料和糠醛等几乎所有的生物基化学品类型（图2.2）。 图2.2 生物炼制工艺 生 物 炼 制 农 业 初级炼制 工 业 炼 制 生物质（纤维素、淀粉、 蛋白质、动物粪便等） 生物质转化 糖类 木质素 蛋白质 脂肪 其他物质 糖和木质素 合成气 生物气 水解 酸解、酶解 气化 高温、低氧 消化 细菌 高温分解 催化、加热、加压 生物油 萃取 机械、化学 分离 机械、化学 碳素链 种植肥料 燃料： 乙醇 生物柴油 生物氢 能源： 发电 产热 化学品： 塑料 溶剂 药品 中间产物 酚醛塑料 保健品 黏合剂 糠醛 脂肪酸 乙酸 黑色颜料 油漆 染料 色素墨水 清洁剂等 食品和饲料： 乳酸 柠檬酸等 —— 生物炼制可以被分为生物质生产地区类型和废弃材料使用类型两种。在巴西、美国、中国、东南亚和澳大利亚这些国家和地区大量种植甘蔗、玉米、甜菜、木薯、西米椰子和土豆等用于生物炼制，用农业产品发展新工业。相对的，在缺少空间堆积垃圾和有机质并且没有足够多的农业产品的日本和一些欧洲国家，生物炼制起着废弃物处理和有用产品的生产的双重作用，旧报纸、林业废弃物、动物粪便和食品废弃物为生物炼制提供了原始的材料。 —— 微藻是一类在显微镜下能辨认其形态的微小藻类类群，目前已经可以进行大规模培养。许多微藻中富含蛋白质、多糖、油脂、类胡萝卜素和不饱和脂肪酸等多种有用成分，是人类重要的生物质资源宝库。微藻的生物炼制如图2.3所示。 微藻细胞 光 O2 水或废水 无机盐 气体 藻类 H2 CO2 CO2 工业医用 生物能源 微藻油脂 微藻多糖 微藻蛋白 微藻色素 维生素 微藻酶 抗生素 生物饲料（肥料） 医药食品 生物沼气 生物制氢 生物柴油 图2.3 微藻的生物炼制示意图 —— 木质纤维素数量巨大、来源广泛、可再生，是生物炼制的重要原料。玉米秸秆是其中非常易于得到的一类，秸秆中92.5%的总糖可以通过对玉米秸秆稀酸预处理和酶水解获得，经过炼制可以生产几乎所有我们需要的化学品和能源（图2.4）。 木质纤维素给料（LCF） 谷物（稻草、糠），木质纤维素生物质（芦苇、芦苇草），林业生物质（灌木、木材），造纸和纤维素业固体残渣 木质纤维素（LC） 木质素 (酚类聚合体) 半纤维素 (戊糖，己糖) 纤维素 (葡聚糖) 木 糖 植物胶 （增稠剂、黏合剂、防护剂、乳化剂、稳定剂） 纤维素 葡萄糖 发酵产品 （燃料：乙醇 有机酸：乳酸 溶剂：丙酮、丁醇等） 天然黏合剂 低沥青木炭 固体燃料（富含硫） 铁石棉 （糖的替代品） 糠 醛 尼 龙 化工产品 呋喃树脂 5-羟甲基糠醛乙酰丙酸 润 滑 剂 软化剂、溶剂 化学品和聚合物 图2.4 木质纤维素的生物炼制示意图 2.2 生物炼制基本内涵 生物炼制的过程就是对原料的生物转化和化学品合成的过程，其中主要包括生物工程、化学工