木薯生产乙醇的工艺

你要说燃料乙醇历史的话，大概一百年前巴西就开始用了，然后1975年开始大力发展，巴西是全世界最早使用乙醇汽油的，并且是目前全球最大的乙醇汽油生产国和使用国，当然他的原料是甘蔗为主，并且巴西也是目前全球唯一一个不使用纯汽油的国家。

我国从21世纪初才开始发展燃料乙醇，广西中粮是目前全球第一个也是唯一一个正在运行的木薯燃料乙醇生产基地。2006年底开工建设，年产20万吨燃料乙醇。

制造燃料乙醇的原料分为三种：

1、玉米、小麦等粮食作物；

2、红薯、木薯、甜高粱等非粮作物；

3、农作物秸秆、林业加工废料、甘蔗渣及城市垃圾中所含的废弃物。

燃料乙醇的主要原料有雅津甜高粱、玉米、木薯、海藻、雅津糖芋、苦配巴树等。

扩展资料：

燃料乙醇拥有清洁、可再生等特点，可以降低汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放。未来我国燃料乙醇行业的重点是降低生产成本、减少政府补贴。

为此制定生物燃料乙醇生产过程的消耗控制规范，及产品质量技术标准，统一燃料乙醇生产消耗定额标准，包括物耗、水耗、能耗等，是降本增效的有力手段。

参考资料来源：

百度百科-燃料乙醇

纤维素也是碳水化合物，而且在自然界里大量存在，许多绿色植物及其副产品，如树枝树叶，稻草糠壳，等等。几乎有一半是纤维素，用它们作原料可以说是取之不尽，用之不竭。当然，用纤维素作原料对酵母菌来说，将发生极大的困难，也就是说很难施展它的发酵本领。不过有办法，人们早就从牛、羊等牲畜所以能吸收纤维素的研究中发现，微生物中的球菌、杆菌、黏菌和一些真菌、放线菌，会分泌出一种能催化纤维素分解的酶，叫纤维素酶。用这种纤维素酶先把纤维素分解成单个葡萄糖分子，然后酵母菌就能把葡萄糖发酵变成乙醇。更令人赞叹不已的是，有一种叫嗜热梭菌的微生物，它们居然能一边“吃”纤维素，一边就“拉”出乙醇来，那就更简单了。在日本和韩国等地，利用木霉和酵母菌协同作战，也成功地用纤维素生产出了乙醇。

利用纤维素作原料生产乙醇，为乙醇登上新能源的宝座铺平了道路。由于这些原料都来自绿色植物，所以有人把乙醇称为绿色的汽油。

近年来我国耕地减少数量大、速度快，年均减少1000万亩以上，随着城镇发展、道路与厂矿建设，灾毁耕地，以及生态建设的退耕等多方面原因，我国耕地减少局面还将持续；另一方面，近年来我国粮食播种面积连年下降，随着市场经济的发展和农业结构调整的深化，以及粮食生产直补政策的实施，在各种因素综合作用下粮食占总播比例反弹的空间也有限，于是，粮食产量的回升幅度也很有限，粮食产销缺口将长期持续存在。据预测，2005年、2010年我国粮食产销缺口量分别为3000万吨、3500万吨左右。我国人多地少，耕地的粮食生产和供给任务异常艰巨。因此，燃料乙醇谷物类原料应立足于陈化粮，不宜占用非陈化粮。

2、原料多元化势在必行。

“十五”期间我国燃料乙醇已在北方地区建设了一定规模的以玉米为原料的示范项目，但玉米供需状况吃紧，生产压力也很大。据农业部《畜牧业“十五”计划和2015远景目标规划》、国家粮油信息中心、FAPRI（美国食品和农业政策研究协会）等三个部门（单位）的分析和预测，共同趋势性结果表明：中国对玉米的需求呈增长趋势，平均年增量约300万吨。换言之，3－4年我国对玉米的需求量就要增加约1000万吨。2003年全国玉米产量11583万吨，目前，产需基本持平，根据玉米单产提高的幅度、耕地资源状况、农业结构调整和粮食直补政策等多种因素的综合分析和预测，我国玉米生产在近年内仍可获得一定幅度的恢复性增产，但增长空间很不大，上世纪九十年代末玉米生产过剩和积压的局面很难出现。为此，单一以玉米为原料的燃料乙醇发展空间受到极大牵制，恐难长久支撑我国燃料乙醇产业的持续发展，原料多元化在所难免，势在必行。

3、通过改变甘蔗糖厂的生产工艺制取燃料乙醇。

2003年我国甘蔗产量9024万吨，产糖940多万吨。近年，甘蔗产糖量占我国食糖总产量88％左右（砂糖），是我国食糖的根本原料。人均食糖消费量8kg，相当于世界食糖人均消费量的40％，随着社会的发展和生活水平的提高，我国食糖人均消费量与消费总量都将继续提高，对食糖原料甘蔗的需求量也将随之增加。广西，2003年种植面积和产量分别占全国50．3％、53．9％，是全国最重要的蔗糖生产基地。然而，受农业生产形势、投入产出效益等因素影响，广西提出压甘蔗扩木薯的农业产业化发展规划，为此，甘蔗种植形势不容乐观。

通过改变糖厂现有煮糖生产工艺，以糖厂废蜜或乙蜜为原料发酵制取乙醇，不失为可行的生产方案。据测算，如果广西一半的糖厂采用上述生产工艺，乙糖蜜即可满足一个年产30万吨／年乙醇厂的原料需求。

4、重视木薯作为燃料乙醇原料的开发潜力。

研究结果表明，木薯作为燃料乙醇原料的综合效益比较居第二位，应予以重视。木薯，具有适应性强、耐旱、耐贫瘠等特点，与其他作物相比，具有投入少，省工、省肥，可以间作套种等优势。我国木薯主要分布在广西和广东，其中又以广西为根本，2002年全国木薯种植面积43．7万公顷，鲜木薯总量591万吨，广西占全国的三分之二，单产17．8吨／公顷，高于全国平均水平。目前，广西也是全国木薯加工第一大省，加工的淀粉、变性淀粉、酒精等系列产品，处于国内领先地位。

我国木薯生产长期以来不受重视，品种单一、种性退化较严重，种植粗放、单产量低，集约化程度低。目前，优良木薯品种单产一般在30吨／公顷（2吨／亩）以上，如果大力推广良种化木薯总产量将大幅度提高。另一方面，广西拥有旱地和坡地约200万公顷（3000万亩）以上，适于发展木薯生产，发展空间比较大。广西农业发展规划提出：2008年广西木薯种植面积要达到50万公顷（750万亩），届时木薯总产量有望超过1000万吨，其中，1／3以上的产量可用于生产酒精，可生产燃料乙醇50万吨以上，木薯作为燃料乙醇原料的开发潜力巨大。

对策建议

1、燃料乙醇谷物类原料应立足于陈化粮，并限量使用，年消耗陈化粮不宜高于1000万吨。

2、燃料乙醇原料多元化势在必行，“十一五”燃料乙醇原料的选择应关注甘蔗、木薯和红薯等原料，并积极地进行开发。

3、出于原料多元化、燃料乙醇消费分布、运输等因素考虑，“十一五”期间宜在南方地区布设燃料乙醇项目。

主要是因为木薯产量很高，用它作原料，成本较低。但即便是使用木薯作原料生产白酒，如果加工工艺处理到位，氰化物超标是可以避免的。具体措施包括，在预先处理阶段，对木薯进行充分浸泡、蒸煮，或将其晒干，或加入催化剂进行处理等。

"一些小作坊和一些无良厂家，为了降低生产成本，省去了预先处理环节或处理不到位，这样生产出来的白酒就可能氰化物超标。原国家标准GB2757-1981《蒸馏酒及配制酒卫生标准》规定：氰化物（以HCN计），以木薯为原料者≤5mg/L、以代用品为原料者≤2mg/L（按60%酒精度折算）。而现行国家标准GB2757-2012《食品安全国家标准 蒸馏酒及其配制酒》统一了氰化物的限量指标：氰化物（以HCN计），粮谷类≤8.0mg/L（按100%酒精度折算）。该标准已于2013年8月1日起实施。氰化物超标的白酒还能喝吗氰化物的毒性很强，属于剧毒物质。一个人只要吃50~250毫克氰化钾就能致死，与砒霜(As2O3)的毒性差不多。

形象地说，如果口服氰化钾固体，若吃下相当于1/3颗普通胶囊或半个新版1毛钱硬币大小的一小撮粉末，就能置人于死地。而如果考虑的是小剂量的话，米粒大小的氰化钾粉末就可能致死。能否致死，要看血液浓度达到多少，氰化物中毒血浓度约为0.5μg/ml，致死血浓度≥1μg/ml。如果是喝下含有氰化物的溶液呢，就得看一口能喝下多少液体了。假设在一瓶500毫升的饮料中均匀地混入了氰化钾，那么粗略估计，受害者只要仅仅喝下一小口(以5毫升计)后就毒发身亡的话，需要往这一瓶饮料中投入约25克氰化钾粉末。假设受害者会喝下一大口(以25毫升计)的话，则仅需要扔进去约5克的氰化钾粉末，就会产生严重后果。

这些抽检不合格蒸馏酒中氰化物含量为69mg/L，已经超出国家标准限量值要求，按照PMTDI计算，每天喝酒超过17.4毫升（半两都不到！）就超过了，所以，最好不要喝了。

2、中国于19世纪20年代引种栽培，在我国主要分布于广西壮族自治区、广东省以及海南省等地，其中以广东省和广西壮族自治区的栽培面积最大。随着木薯产业的发展，木薯用途逐渐多样化，作为饲料、淀粉、燃料乙醇等工业原料。

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燃料乙醇，又叫生物乙醇，是指通过生物处理过程得到的乙醇。如今乙醇已有95%是生物乙醇，只有5%是由原油、天然气或煤炭生产的。目前，乙醇生产主要以淀粉类（粮食作物为主，如玉米、木薯等）和糖类（如甘蔗、甜菜等）作为发酵原料，采用微生物法发酵生产乙醇技术已成熟，但是高昂的原料成本使粮食发酵生产乙醇的工业应用受到限制，同时存在与人争粮或与粮争地等弊端，因此寻找新的原料势在必行。

纤维素（cellulose）是地球上最丰富的可再生资源，据测算年总产量高达1500×108t，其中蕴储着巨大的生物质能。我国每年作物秸秆（如稻草、麦秆等）的产量可达7×108t左右（相当于5×108t标煤）。纤维素是一种多糖物质，每个纤维素大分子是由n个葡萄糖残基（葡萄糖酐），彼此以1-4甙键（氧桥）联结而形成的。如图16.1所示。

图16.1 纤维素结构示意

纤维素在常温下不发生水解，高温下水解也很缓慢。只有在催化剂的作用下，纤维素的水解反应才显著进行，常用的催化剂是无机酸或纤维素酶。纤维素酶在生物乙醇转化过程中起着非常重要的作用，可将纤维素、半纤维素水解成葡萄糖，为转化为乙醇提供丰富的底物；自然界中的酵母和少数细菌能够在厌氧条件下发酵葡萄糖生成乙醇。其中，纤维素酶水解方程式如下（牟晓红，2009）：

木霉生物学

利用纤维素酶将天然纤维素降解成葡萄糖的过程中，必须依靠纤维素酶的3种组分协同作用完成，即纤维素大分子首先在内切型-β-葡聚糖酶（EC3.2.1.4，也称Cx酶、CMC酶、EG）和外切型-β-葡聚糖酶（EC3.2.1.91，也称Cl酶、纤维二糖水解酶或CBH）的作用下降解成纤维二糖，再进一步在纤维二糖酶（EC3.2.1.21，也称β-葡萄糖苷酶或CB）作用下生成葡萄糖。

目前，国内外以植物纤维素为原料生产燃料乙醇的各种工艺中，主要有四种糖化发酵工艺，分别是分段糖化与发酵（SHF）、同步糖化发酵（SSF）、同步糖化共发酵（SSCF）和联合生物加工工艺（CBP）。SSCF工艺可以在同一发酵罐中同时进行纤维素酶水解和C5糖和C6糖的发酵，该工艺不仅有利于缓解葡萄糖对纤维素酶的反馈抑制作用，节省设备投资，还有利于发酵液中乙醇的积累，提高发酵液中最终的乙醇浓度，降低乙醇回收单元中乙醇蒸馏的能耗，大幅度降低生产成本。利用纤维素生产生物乙醇的同步糖化共发酵过程图如图16.2（Carlos Sáez，2000）。

许多微生物都会产生纤维素酶，但最适合于水解纤维素的酶来自于木霉。T.reesei是世界上研究和应用最广泛的纤维素酶工业微生物，它的优点在于它的酶系纤维素酶活性高并且能生产大量的胞外蛋白，它的酶系中60%以上的蛋白是外切酶（CBH），对于结晶性纤维素有很强的降解能力。

图16.2 纤维素原料生产乙醇示意

1998年，南京林业大学在黑龙江建成了完整的植物纤维生产燃料乙醇中试生产线，该生产线日处理农林植物纤维5t（日产乙醇0.8t）。风干植物纤维经蒸汽爆破预处理，纤维素酶制备所用菌株是T.reesei和酵母菌NL05，纤维素酶的制备在20m3的生物反应器中进行，T.reesei以汽喷料为碳源，在一定的搅拌速度和通风量下合成纤维素酶，完成一个产酶周期后酶液用于剩余汽喷料的水解。植物纤维的酶水解在2台32m3的反应器中进行，每天取汽喷料的10%用于纤维素酶的制备，产生的纤维素酶酶解剩余90%的汽喷料。酶解温度（50±1）℃、酶解初始 pH 值4.80。戊糖己糖同步乙醇发酵菌株是毕赤酵母NL02，酶水解液的乙醇发酵在一台5m3的发酵罐中进行。植物纤维汽喷料在纤维素酶的作用下降解成单糖后，经过压滤和洗涤得到一定浓度的水解糖液，水解糖液中的戊糖和己糖被酵母在限制性供氧条件下同步发酵成乙醇。

美国能源部与诺维信合作，投资3000万美元进行纤维素水解酶的开发，研究将玉米秸酶解成糖，再发酵制乙醇；还与DOE合作建设年处理玉米秸200t、生产燃料乙醇6900gal的中试装置，其生产技术分以下几步：先将玉米秸粉碎，用1.1%硫酸预处理；然后加木霉纤维素酶糖化36 h，使纤维素90%转化成葡萄糖；将糖浆冷却至41℃，连续发酵得到浓度为7.5%的乙醇；经蒸馏分子筛吸附脱水，生成99.5%乙醇，废渣经干燥用作燃料。

另外，Stevenson等（2002）报道了利用木霉直接发酵纤维素生产乙醇的方法，这更扩展了木霉发酵生产乙醇的途径。他们从牛粪中分离到一株木霉菌A10，该菌株在厌氧条件下可以将纤维素或者糖类物质直接转化为乙醇，在纤维素含量为50g/L的MM培养基中厌氧培养，乙醇产量为0.4mg/L，通过优化培养条件，采取分阶段预培养和深层厌氧培养后乙醇产量可达2g/L，以葡萄糖作为碳源乙醇产量最高可达5g/L，但以木糖作为碳源，乙醇产量最低。

以下具体分析：

在变动成本方面，由于粮食价格的上涨，用玉米生产燃料乙醇的原料成本居高不下。

按照行业平均水平，每3.3吨玉米可以生产出1吨燃料乙醇。以2007年1~6月的市场平均价格计算，玉米的市场行情为1500~1700元/吨，加上800元左右的加工费、100元的脱水费用和100元的销售费用，每吨燃料乙醇的成本约为5950~6610元。

而出售给石油企业时，每吨燃料乙醇大约售价为4500元，另外生产过程中产生的酒精蛋白饲料价值为960元左右，这样，如果没有补贴，每生产1吨玉米乙醇，企业将亏损490~1150元左右。

与玉米乙醇相比，每吨木薯乙醇的成本要低1800~2460元，每吨木薯乙醇按4500元/吨的销售价格计算，加上生产过程中产生的副产品，在没有补贴的情况下，每吨木薯乙醇可盈利1070元/吨。

这还不包括由于减少了二氧化碳的排放量，每年可以获得CDM(清洁发展机制)项目资金。

CDM项目的核心内容是允许发达国家应用资金和技术与发展中国家合作，在发展中国家实施生物质能的开发和利用，从而达到减少温室气体排放的目的。

每吨燃料乙醇能够产生2吨的二氧化碳减排量，根据目前国际市场的平均价格，减排量约为10美元/吨，每吨燃料乙醇的减排收益为20美元/吨。那么，按乙醇销售价4500元/吨、木薯450元/吨、酒精蛋白饲料1200元/吨计，年产10万吨的木薯乙醇的毛利润为10700万，另外还可以获得CDM项目资金1500万元

燃料乙醇指 以生物物质为原料通过生物发酵等途径获得的可作为燃料用的乙醇。燃料乙醇经变性后与汽油按一定比例混合可制车用乙醇汽油。

燃料乙醇生产技术主要有第一代和第二代两种。第一代燃料乙醇技术是以糖质和淀粉质作物为原料生产乙醇。其工艺流程一般分为五个阶段，即液化、糖化、发酵、蒸馏、脱水。第二代燃料乙醇技术是以木质纤维素质为原料生产乙醇。与第一代技术相比，第二代燃料乙醇技术首先要进行预处理，即脱去木质素，增加原料的疏松性以增加各种酶与纤维素的接触，提高酶效率。待原料分解为可发酵糖类后，再进入发酵、蒸馏和脱水。

我国燃料乙醇的主要原料是陈化粮和木薯、甜高粱,地瓜等淀粉质或糖质非粮作物 ，今后研发的重点主要集中在以木质纤维素为原料的第二代燃料乙醇技术 。国家发改委已核准了广西的木薯燃料乙醇、内蒙的甜高粱燃料乙醇和山东的木糖渣燃料乙醇等非粮试点等项目，以农林废弃物等木质纤维素原料制取乙醇燃料技术也己进入年产万吨级规模的中试阶段。 最近几年，由于石油价格的波动，燃料乙醇的消费增长也在提速。中国燃料乙醇产业起步较晚，但发展迅速，燃料乙醇在中国具有广阔前景。随着国内石油需求的进一步提高，以乙醇等替代能源为代表的能源供应多元化战略已成为中国能源政策的一个方向。中国已成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和应用国。国家发改委出台《关于促进玉米深加工业健康发展的指导意见》，要求不再建设新的以玉米为主要原料的燃料乙醇项目，并大力鼓励发展以非粮作物为原料开发燃料乙醇。燃料乙醇走向了非粮乙醇发展的道路，并得到了快速发展。

燃料乙醇拥有清洁、可再生等特点，可以降低汽车尾气中一氧化碳和碳氢化合物的排放。未来我国燃料乙醇行业的重点是降低生产成本、减少政府补贴，为此，制定生物燃料乙醇生产过程的消耗控制规范，及产品质量技术标准，统一燃料乙醇生产消耗定额标准，包括物耗、水耗、能耗等，是降本增效的有力手段。