燃料乙醇技术.doc

第七章生物质燃料乙醇技术生物质可以通过生物转化的方法生产乙醇,每千克乙醇完全燃烧时约能放出 30 000k 了的热量, 所以乙醇是一种优质的液体燃料。乙醇燃料具有很多优点, 它是一种不含硫及灰分的清洁能源, 可以直接代替汽油、柴油等石油燃料, 作为民用燃烧或内燃机燃料。事实上, 纯乙醇或与汽油混合燃料可作车用燃料, 最易工业化, 并与现今工业应用及交通设施接轨,是最具发展潜力的石油替代燃料。第一节乙醇的性质与用途一、乙醇的理化性质乙醇作为动力燃料使用时称为燃料乙醇, 分子式为 QH50H 或 CHsCH20H 。它是无色、透明、易流动的液体, 嗅之有独特的醇香, 口尝有香辣味, 刺激性强, 容易挥发和燃烧,是一种无污染的燃料。乙醇与水能以任何比例相混溶,混合时放出一定的热量, 混合物总体积缩小。乙醇蒸气与空气混合能形成爆炸性混合气体, 爆炸极限为 %~ 18 %( 体积分数)。纯乙醇的相对密度为 0. 79 , 沸点 78 . 3oC , 凝固点为一 130oC , 燃点为 424oC , 高位热值 26 780kJ / kg 。根据浓度的高低和含杂质量的多少,把乙醇分为 4 种类型: (1) 高纯度乙醇乙醇浓度≥ %,严格中性,不含杂质。专供国防工业、电子工业和化学试剂用。(2) 精馏乙醇乙醇浓度≥ 95 .5%, 纯度合格, 杂质含量很少。供国防工业和化学工业用。(3) 医药乙醇乙醇浓度≥ 95 %, 杂质含量较少, 主要用于医药和配制饮料酒。(4) 工业乙醇只要求乙醇浓度达到 95 %,无其他要求。主要用来稀释油漆, 合成橡胶原料和作燃料使用。这4 种类型的乙醇对应国家标准的 4 个乙醇等级是: (1) 一级乙醇相当于精馏乙醇及高纯度乙醇。(2) 二级乙醇介于精馏乙醇与医药乙醇之间。(3) 三级乙醇相当于医药乙醇。(4) 四级乙醇相当于工业乙醇。根据国家变性燃料乙醇的标准,乙醇含量达到 92 .1 %即可作为燃料,即乙醇含量达到四级标准,但其他理化指标有所不同,如甲醇、硫含量等。二. 乙醇用途①化学工业: 是重要的化工产品原料, 可用来制造合成橡胶、冰醋酸、***国防工业、聚乙烯、乙二醇、多种酯类和有机酸。②国防工业:参与制造炸药、雷***等。③农业:主要用于制造农药。④医药工业:很多药品制造都需要乙醇,如各种酊剂、片剂和消毒剂等。⑤溶剂工业:是常用的有机溶剂,广泛用于香料、染料、树脂、油漆等工业生产。⑥食品业:可配制、加工成多种饮料酒。⑦燃料工业:作燃料用,代替或部分代替汽油和柴油,国内尚只作医疗、实验室及饮食业等部分燃料用。用淀粉或糖类原料生产乙醇,其副产物很有应用价值。①二氧化碳: 是生产纯碱的原料; 将二氧化碳压缩成液体或固体, 可用于金属冶炼、深度冷冻、食品工业的发泡剂。②杂醇油:可作有机溶剂,是香料工业的重要原料。③酒糟: 酒糟液营养丰富, 分离出的干糟可作饲料出售, 糟液可用来沼气发酵制取沼气,沼渣、沼液是良好的有机肥料。第二节燃料乙醇生产原理一、乙醇生产的主要方法乙醇生产方法可概况两大类: 发酵法和化学合成法, 我国乙醇生产以发酵法为主。(1) 发酵法生产乙醇按生产所用主要原料的不同,发酵法生产乙醇又分为淀粉质原料生产乙醇、糖质原料生产乙醇、纤维素原料生产乙醇以及用工厂废液生产乙醇等。用糖质原料生产乙醇要比用淀粉质原料简单而直接; 用淀粉和纤维素制取乙醇需要水解糖化加工过程;而纤维素的水解又要比淀粉难得多。(2) 化学合成法生产乙醇它是用石油裂解产出乙烯气体来合成乙醇,有乙烯直接水合法、硫酸吸附法和乙炔法等方法, 其中乙烯直接水合法工艺应用较多, 它是以磷酸为催化剂,在高温高压条件下,将乙烯和水蒸气直接反应成乙醇,如下式: CH 2= CH 2+H 2O???? PO H C 2H 5 OH (7-1) 高温\ 高压现在,合成乙醇在国外约占乙醇总产量的 20 %左右。我国大庆、吉林市曾用过这种方法生产合成乙醇。二、用于乙醇生产的主要原料(1) 淀粉质原料淀粉质原料是我国乙醇生产的最主要的原料, 主要有甘薯( 又名地瓜、红薯、山芋) 、木薯、玉米、马铃薯( 又名土豆) 、大麦、大米、高粱等。(2) 糖质原料主要是甘蔗、甜菜,还有糖蜜。糖蜜是制糖工业的副产品,甜菜糖蜜的产量是加工甜菜量的 %一 5 %,甘蔗糖蜜的产量是加工甘蔗量的 3 %左右。(3) 纤维素原料纤维素原料( 包括半纤维素) 是地球上最有潜力的乙醇生产原料, 主要有农作物秸秆、森林采伐和木材加工剩余物、柴草、造纸厂和造糖厂含有纤维素的下脚料、城市生活垃圾的一部分等。(4) 其他原料如造纸厂的亚硫酸盐纸浆废液、淀粉厂的甘薯淀粉渣和马铃薯淀粉渣、奶酪工业的副产物( 乳清、一些野生植物等)。表7—1 所示为几种生产原料的乙醇产量。