玉米秸秆生产燃料乙醇预处理关键技术研究1.ppt

玉米秸秆生产燃料乙醇预处理关键技术研究,报告人林增祥,主要内容,一，课题背景二，纤维素原料分析三，纤维素原料预处理工艺四，纤维素原料酶解工艺五，现有工作基础六，展望,一，研究背景,,全球原油和天然气产量趋势,Sourcehttp//www.scotland.gov.uk/Publications/2006/09/11154149/3,50454035302520151050,1930194019501960197019801990200020102020203020402050,LiquidOilcurrentcellulosicbiomass,2,205drytons/day60MMgal/year;maturecellulosicbiomass5,000drytons/day184MMgal/year.Costofcorn2.33/bushelaverageannualUSprice,2001–2006;ref.19.Costofcellulosicbiomass50/dryton.CorndrymillprocessingcostsbasedonWallaceetal.20.NC,nocoproducts;C,withcoproducts.,DOE’sBiorefineryConcept,Figure2Thebiorefineryconcept.PS5,Bioethaolprocess,,BiofuelsActivity,近年全球乙醇产量比较排行,单位生产量/百万升,PolicyDevelopments,23MtPY,Biomasshandlingandharvesting,IBUSfrom10-1000kghalm,Iogensenzymefermentor,An8000-literfermentationtankusedtostarttheprocessofturningcellulosicmaterialintoethanol.[CreditNewEnergyCompanyofIndiana;DOE/NREL],我国燃料乙醇产量,我国现有燃料乙醇生产企业四家，合计生产能力112万吨，市场区域河南，河北，安徽，湖北，山东，江苏，辽宁，吉林，黑龙江等十多个省市,,燃料酒精原料,二，纤维素原料,SwitchgrassHybridpoplar,BiomassResources,HowMuchEthanol,SourceGlobalPetroleumClub,Cornstovercompositiononaverage,Ranges17feedstocksGlucan35.1-39.5Xylan20.1-24.6Lignin11.0-19.1Ash2.2-15.9,,木质纤维素结构,Plantcellwallcontainssugarsandlignin,,Cornstovercompositionheterogeneitywithinthefeedstock,三,木质纤维素预处理工艺,一，木质纤维素预处理的作用天然纤维素材料的结构性质非常复杂，主要是纤维素的高度结晶性和木质化，阻碍了酶与纤维素的接触使其难以直接被降解。必须通过预处理，以降低纤维素的结晶度，增加纤维原料的多孔性，脱除木质素的保护作用，增加酶与底物的接触面积，从而提高酶解的效率。二，纤维素原料预处理的原则①避免生成对后续水解或发酵有害的副产物②避免碳水化合物的降解或损失③有利于酶水解过程的糖化④经济可行三，预处理方法物理法、物理化学法、化学法和生物法。,纤维素原料预处理方法,1，物理方法机械粉碎是纤维原料预处理的常用方法，通过切、碾和磨等工艺使纤维原料的粒度变小，增加底物和酶接触的表面积，降低纤维素的结晶度。机械粉碎包括干法粉碎、湿法粉碎、振动球磨碾磨等2，物理化学法蒸汽爆破将木质纤维原料用160260℃水蒸汽处理适当时间30sec20min后，突然减压，蒸汽从反应釜中迅速喷出，使原料爆破。该预处理加剧了纤维素内部氢键的破坏和有序结构的变化，游离出新的轻基，增加了纤维素的吸附能力，也促进了半纤维素的水解和木质素的转化。氨纤维爆破ammoniafiberexplosion,AFEX法和蒸汽爆破预处理类似，但是避免了高温条件下糖的降解以及有害物质的产生。3，化学法稀酸预处理通常采用0.33的H2S04于110220℃下处理一定时间。由于半纤维素被酸水解成单糖，纤维残渣形成多孔或溶胀型结构，从而促进了酶解效果。碱法预处理是利用木质素能够溶于碱性溶液的特点，脱除木质素，引起木质纤维原料润胀，导致纤维内部表面积增加，聚合度降低，结晶度下降，从而促进酶水解的进行。常用的碱包括NaOH,KOH,CaOH2和氨水等。4，生物法生物法预处理条件温和，能耗低，无污染，但通常处理的时间较长，而且许多白腐真菌在分解木质素的同时也消耗部分纤维素和半纤维素。,蒸爆（Steamexplosion）,Karin,,Fillvalve,,Steamvalve,,Blowvalve,,Receivingvessel,,Receivingvessel,Pretreatedcornstover,,,,AcidH2SO4,SO2impregnationofwoodincreasesSEefficiency,四，纤维素酶水解工艺,1，纤维素酶的定义能水解植物纤维或经物理、化学方法处理过的纤维素（如CMC）的β-1.4糖苷键的酶。2，纤维素酶的分类（一）内切β-1.4葡聚糖水解酶－Cx（二）外切β-1.4葡聚糖水解酶－C1（三）β-1.4葡萄糖苷酶－Cb,β-glucoside,作用方式纤维素酶水解纤维素是各组酶（C1、Cx、Cb）协同作用的结果1.首先Cx酶在纤维素内部随机的切割，使其露出许多供外切酶作用的末端。2.然后在C1酶的作用下生成大量纤维二糖和纤维寡糖。3.最后Cb酶将他们进一步分解成葡萄糖。,纤维素酶解的主要影响因素,底物因素包括纤维素酶可接触的底物表面积、结晶度、聚合度、木质素含量与分布情况、底物浓度等纤维素酶因素纤维素酶用量、酶系组成、酶解产物纤维二糖和葡萄糖的反馈抑制、水解过程中由于温度或机械力造成的酶失活、酶的吸附性等。温度和pH大部分纤维素酶的活性其环境的温度和pH的影响。纤维素酶的最适pH一般在4.55.5范围内。最适温度范围是4060℃。抑制剂和激活剂纤维素酶可由酶促反应的产物和类似底物的某些物质引起竞争性抑制，如纤维二糖、葡萄糖单宁和花色素、重金属。Mg2,Ca2中性盐等能使纤维素酶活化。,纤维素酶解的方式,酶解工艺分为两大类1，有产物抑制作用，直接酶解糖化工艺、同步产酶与酶解工艺;2，无产物的抑制作用同步糖化发酵工艺、酶解-膜藕合分离工艺。,,