生物质能工业中的蒸汽爆破技术.doc

生物质能工业 我国能源短缺，随着经济的迅速发展和对环保标准要求的逐步提高，迫切需要开发新的、清洁的可替代能源。在众多可能替代化石燃料的能源中，生物质以其可再生、产量巨大、可储存等优点而引人注目。而且生物质能是唯一一种可以转换为清洁燃料的可再生能源，其利用技术和化石燃料的利用方式具有很大的兼容性，因此以生物质作为原料不但可以弥补化石燃料的不足，缓解过分依赖大量进口石油的被动局面，实现我国能源安全战略，而且达到保护生态环境的目的。 对于我国这样一个幅员辽阔的农业大国来说，单就农作物秸秆而言，年产量高达7亿多吨，相当于3.5亿吨标准煤。但目前，如此巨大的秸秆资源非但没有得到有效利用，反而由于就地焚烧已成为我国一大社会公害。因此，在我国开发利用秸秆生产燃料乙醇和裂解油既具有现实意义，又可推动我国甚至世界范围内以秸秆等农作物废弃物为代表的生物质生产液体燃料更上层楼。 虽然秸秆和木材同属于木质纤维素，都有纤维素、半纤维素和木质素组成（4：3：3），然而在结构和化学组成却有较大的差异，因而秸秆与木材的转化特性不相同。在秸秆中各种组分的转化特性也不同的，其转化反应特性和转化产品也随着秸秆组分结构的不同而变化。例如，秸秆生物转化过程主要利用的是秸秆中的纤维素，对木质素和半纤维素生物转化效率低，难于适应工业化的要求。而秸秆快速热解得到的液体产物中含有大量的酸类（如乙酸）产品，木材热解则以醇类和酮类产品为主。这表明，秸秆中纤维素、半纤维素和灰分影响了热解过程产生液体产物的品位。为解决在秸秆转化过程中采用单一的生物或热转化方式存在的问题，应将生物转化技术与快速热解技术有机结合起来，避免在秸秆原料转化液体燃料研究上，套用或沿用木材的技术，传统的生物转化、热化学转化过程把秸秆作为性质“单一组分”的原料，致使其转化的技术经济关久攻不破，因此，为秸秆高效转化的根本出路在于其生物量的全利用，新的高效转化过程应该建立在秸秆组分分离后的分级定向转化以及转化过程间的集成优化原则之上。必须开发出具有秸秆特色的高效转化液体燃料的技术集成。为了开发出符合秸秆本质的转化液体燃料技术体系，实现秸秆经济生产高品位液体燃料这一总体目标，提出了秸秆组分分离、纤维素酶固态发酵、秸秆纤维素高浓度发酵分离乙醇耦合过程和发酵渣快速热解过程等四个关键过程进行研究。通过上述关键技术的突破，形成秸秆多级转化生产燃料乙醇和裂解油的联产优化技术集成，最终建立具有技术经济竞争力的秸秆发酵燃料酒精和裂解油示范工程。以下就有关方面的研究进展进行介绍。 5.8.1 汽爆秸秆发酵生产燃料酒精 生物酒精以其高辛烷值、抗暴性好而成为应用最广泛的生物燃料、也是较为理想的汽油替代品，，15亿加仑的生物酒精加到汽油中以增加燃料中的氧含量，进而提高汽油的辛烷值，以达到完全燃烧、并降低空气污染；巴西每年大约生产30亿加仑酒精用作汽车燃料[3]；2000年仅从松树中提取的能源就可满足全国运输部门的全部燃料需要；，2000年已宣布：河南省在2001年7月已开始推广使用车用乙醇汽油。截至目前已有河南、黑龙江、吉林、辽宁、安徽、河北、山东、江苏、湖北九个省份进行了乙醇燃料试点推广工作。 ，，，，现阶段，我国生物酒精的生产主要是以玉米等“陈化粮”为原料。为避免用作人类食物用途与工业使用农作物用途发生冲突，利用废弃的农作物和甘蔗渣作生产生物酒精的原料不但具有现实意义，更具有积极的战略意义。对于我国这样一个幅员辽阔的农业大国来说，每年农作物废弃秸秆量大约为70000利用秸秆为原料转化燃料乙醇将是解决燃料乙醇工业原料来源的可持续发展之路。 目前，由秸秆出发制酒精主要有两种途径，酸水解-发酵法以及酶解-发酵法。秸秆制取生物酒精的可行性 秸秆三大主要组成成分是纤维素、半纤维素、木质素。其中，纤维素和半纤维素都具有转化成酒精的巨大潜力。 纤维素制酒精 纤维素分子是一种葡萄糖苷通过β-1，4葡萄糖苷键连接起来的链状聚合体。几十个小束则组成小纤维，最后由许多小纤维构成一条纤维素。纤维素是一种分子量很大的多糖，它的分子量可达几十万，甚至几百万。纤维素在常温下不发生水解作用，即使提高温度，其水解程度仍然很低（解热到160℃仍不分解）。因此纤维素只有在有机催化剂的存在的情况下才能进行。常用的催化剂有无机酸和纤维素酶。在此基础上发展形成了纤维素的酸水解和酶水解工艺。酸水解制酒精的工艺研究早在一百多年前就开始了，并发展出了浓酸法和稀酸法两种工艺，首先将纤维素水解糖化成葡萄糖，然后通过酵母发酵成酒精。酸水解具有反应速度快这一最大优点，但由于酸水解要消耗大量的酸、对反应设备存在腐蚀性、能耗高、产生的糖易于降解等影响因素，使酶法水解纤维素制酒精的研究开始兴盛起来，并日益显示出其强大的生命力。 半纤维素制酒精 不同秸秆的组成中，半纤维素含量略少或接近纤维素，而半