生物燃料乙醇进展研究

日科学实践生物燃料乙醇进展研究宋雪燕(献县环摘要:人类对化石能源的过度依赖造成能源供需矛盾加剧、全球持续变梁等。农产品及野生植物中的淀粉是现形发酵法乙醇生产的主要原暖、能源开支负担加重等一系列问题破解能源供应瓶颈、降低温蜜气体排放料,不同国家、不同地区依据资源条件,在具体的原料品种选择上有量是实现经济和社会可持续发展的必然要求随着化石能源尤其是石油资源所侧重。我国薯类资源量大,产量相对集中,一直作为粮食作物而大的日益枯竭,人类不得不努力寻找和开发化石能源的替代品,生物燃料乙醇面积种植,是发酵酒精的主体原料。近20年来由于我国粮食产量就是其中一种重要的选择燃科乙醇是将乙醇以15%-20%的质量比播入稳定提升,玉米、小麦等谷类相对过剩部分地区已开展了利用这类汽油中,一方面可以作为汽油的替代物以减少汽油消耗量,另一方面可以减原料进行大规模乙醇转化的加工。野生植物淀粉适合于中小型乙醇少汽车尾气污染物的排放,改善城市大气环境关键词:生物燃料乙醇研究生产的原料,对其利用需要实行可持续性开发,以免对生态环境造成国内外生物燃料乙醇的发展状况负面影响。淀粉质原料的开发,必须进行综合利用,在生产乙醇的同燃料乙醇已有30多年发展历史,其中巴西是最早大规模使用时,获得饲料油脂以及其他有用的化工原料医药中间体,提高资源乙醇作为替代燃料的国家。巴西从1975年就开始实施“燃料乙醇计利用的附加值划",以甘蔗为原料生产燃料乙醇替代车用汽油,经过多年的努力,达22糖质原料主要是甘蔗、甜菜,还有糖蜜。糖蜜是制糖工业的到了预期目的。近年来虽然燃料乙醇产量因油价、糖价和政策影响副产品,甜莱糖蜜的产量是加工甜菜量的35%5%,甘蔗糖蜜的据美国石油学会统计2061年,美国的玉米乙醇超过190,总顺么蔗量的3%左右。近几年,甘鹰乙醉占世界生物质乙醇有所波动,但平均年产量达100万t左右,累计替代石油约2亿to产量是与20年的产量相比,增幅超过35%同时,在美国各地出售的汽为甘蔗作为燃料乙醇原科具有下述五大优势,成为最有竞争力的原油中添加乙醇添加剂的汽油超过了40%02007年1月23日,美国料作物。①甘蔗适应性广,适宜边际性士地是粮食作物的先驱作物。总统布什在发表国情咨文时提出,未来10年内,美国将通过开发替②甘蔗是第一代乙酶中唯一的多年生C4(碳4)非粮作物。③甘蔗能代能源和提高能源利用效率将汽油消耗量压缩20%。其中,用替代量转化效率最高④甘蔗乙醇生产成本最低。⑤甘蔗燃料乙醇减少排性燃料降低15%的汽油使用量,即到2017年乙醇产量达到放温室气体效果最好23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用的生物燃料乙醇主要是用少量乙醇和乙基叔丁基醚(ETBE直接料,主要有农作物秸秆、森林采伐和木材加工剩余物柴草、造纸厂调和而成。相对其他国家欧盟国家生物燃料乙醇的成本最高,这是和造糖厂含有纤维素的下脚料城市生活垃圾的一部分等。由于欧盟主要农作物(小麦、黑麦和大麦)都比玉米更难转化为乙4其他原料如造纸厂的亚硫酸盐纸浆废液、淀粉厂的甘薯淀醇。对此,丹麦 Novozyers公司开发出3种能提高生产率达20%的粉渣和马铃薯淀粉渣、奶酪工业的副产物乳清、一些野生植物等酶,并且可以获得高质量的乙醇。英国已经在诺福克建立了该国第13生产生物燃料乙醇的主要方法个生物乙醇工厂一 Sugar公司。2006年2月瑞典宣布,在15年内生物质生产燃料乙醇的主要过程是先将生物质转化成糖,再将成为世界上第1个不依赖石油的国家。欧盟新的木质素和纤维素乙糖发酵得到乙醇。不同的生物质原料糖化步骤不同。糖质原料可以醇工程已经高速发展了4年。直接发酵制取乙醇,淀粉原料的糖解如下式所示20世纪末我国实行改革开放后,农业生产快速发展粮食生产淀粉酸文杨糖()相对过剩国家在粮食生产和储备方面的负担日益加重,农民收入增乙醇发酵过程实质上是酵母等乙醇发酵微生物在无氧条件下的幅趋缓。交通基础设施的逐渐完善和汽车工业快速发展使我国汽车一系列有机质分解代谢的生化反应过程,如下式所示。可以进行乙醇保有量逐年增多,尾气污染日益严重环境保护压力日渐加大。与此发酵的微生物种类很多,包括酵母菌、霉菌和细菌,目前最常用的是同时,随着对能源需求的增加,我国从石油净出口国变为净进囗国,酵母菌。石油资源匮乏和能源安全问题已引起国家的高度重视。为了统筹解葡分糖酵叶成细的决我国经济社会发展中存在的上述问题特别是为促进农民增收,我(2)纤维素原料由于其结构比较复杂,需要先经过预处理再进行糖国应借鉴巴西、美国等国家的成功经验有组织地进行燃料乙醇和车解,糖解过程如下式所示用乙醇汽油的研究和试点应用。2生产生物燃料乙醇的主要原料纤排k酸或纤维系酶乙醇的生产原料主要有3类第一类是含糖作物,如甘蔗、甜菜预处理的目的就是脱除木素和半纤维素,降低纤维素的结晶度,甜高粱等第二类是淀粉质作物如玉米小麦、高粱、木薯、红薯、马增加原料的疏松性。预处理必须满足下列要求:①促进糖的形成,或铃薯及菊芋等第三类是纤维质原料如秸秆、木屑、农作物壳皮及城者提高后续酶水解形成糖的能力;②避免碳水化合物的降解或损失乡固体垃圾等。目前,乙醇的生产技术仍处于第一代,所采用的原料③避免副产物形成阻碍后续水解和发酵过程④有成本效益。目前,包括第一类和第二类,以第三类为原料的纤维素乙醇技术属于第二木质纤维原料的预处理方法包括物理法、物理化学法、化学法和生物代生物燃料技术,虽已开发成功但还不成熟。全球乙醇生产高度集中法。糖解的过程通常采用纤维素酶催化,发酵通过酵母菌或细菌实于美国和巴西两国合计产量占全球的87%。其中,美国的乙醇产量现。影响纤维素水解的因素包括废弃原料的多孔性(可到达的表面为265亿L,占全球的50%巴西的乙醇产量为190亿L,占全球的积),纤维素纤维的结晶度以及木素和半纤维素的含量。木素和半纤37%。中国、欧盟和加拿大的乙醇产量分别占全球的4%、4%和维素的存在使得纤维素酶很难到达纤维素降低了水解效率。2%其他国家的乙醇产量仅占全球的3%。美国乙醇生产所需原料木质纤维原料生物转化乙醇新技术快步发展的同时也面临着一几乎全部是玉米巴西的乙醇生产原料几乎全部来自甘蔗中国欧些新中国煤化工程保持酵母的性质稳定,开盟、加拿大等国家和地区生产乙醇所用的原料主要为粮食和甜菜。全发更的各个部分最佳结合等。如球所生产的乙醇几乎全部由农作物中所含的淀粉和糖类转化而来,果能CNMHG斗生物转化乙酶必将产生更造成了对农业资源的大量占用并推高了粮价。因此发展以第三类为大的社会效益和经济效益。原料的纤维素乙醇技术是今后生物燃料乙醇发展的方向所在。4燃料乙醇的应用前景21淀粉质原料是我国乙醇生产的最主要原料,主要有甘薯(又在新兴的石油替代燃料中,乙醇是目前为止世界上公认最安名地瓜)红薯、山芋、木薯、玉米、马铃薯(又名土豆)大麦、大米、高全、能较大规模供应市场的车用燃料。添加一定比例的燃料乙醇,汽25方数据科学实践基于CAN总线新型分布式数据采集系统的研发康孝高摘要基于CAN总线新型分布式数据采集系统的研发。MB90F543是 Fujitsu公司推出的一款带2个CAN控制器的关键词:CAN总线环网Wo模块隔离16位微控制器。系统使用两套总线(CAN0、CAN1),每一套包含独立0引言的总线电缆、总线驱动器和总线控制器,可以实现物理介质、物理层本文介绍了CAN-bus,以及基于CAN-bUus通用WO模块的应数据链路层及应用层的全面冗余。两套总线采用热备份方式运行用与组网,利用控制主机的双CAN控制器来控制链接通用Wo智能个CAN控制器作为系统上电后默认的CAN(可称为主CAN):另模块,根据控制系统需要可自由、灵活组成控制采集系统个为系统的备用CAN(称之为从CAN),作为主CAN的冗余。系统1 CANbUS简述正常工作时,主CAN总线(CANo)投入运行。当主CAN总线发生故CAN- bus(Controller Area Network即控制器局域网,是国际障时,从CAN总线(CAN1)投入运行。如上电检测到主CAN总线故上应用最广泛的开放式现场总线之一。作为一种技术先进、可靠性障,则从CAN总线自动投入运行。这样在一套总线发生故障时,另高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式,CAN-bus已被广套总线自动继续工作,保证整个系统的通信功能正常运行,大大提高泛应用到各个自动化控制系统中。例如在汽车电子、自动机械、智能了系统的可靠性,实现了CAN总线的全面冗余设计。CAN驱动电路大厦、电力系统、安防监控、船舶海运、电梯控制、消防安全等各领域,如图2所示。CAN-bus都具有不可比拟的优越性CANTxDO7 CANHOCAN-bus以其开发维护的低成本、高总线利用率、很远的传输CA\RTIXTxD距离(最远可达10Km)、高速的传输速率(最高可达1Mbps)、根据优先级的多主结构、可靠的错误检测和处理机制,全面弥补了传统RS-485网络的低总线利用率、单主从结构、无硬件错误检测的不GND足,使用户能组建起稳定、高效的现场总线控制系统,从而产生最大RPI 4的实际价值。VCO2原理、作用及特点6 CANDOCANL如图1所示,主机通过cAN-bus与现场CAN通用Wo智能模PCA82C250块链接。CAN通用o智能模块完成现场的数据采集以及初期的数据处理,并把数据提供给主机。其中,CAN通用O智能模块,有数U10字量输入(D、数字量输出DO)、模拟量输入(A、模拟量输出(AO和CANTIDI7 CANHI脉冲输入计数P模块,不再累述。主要介绍主机的作用和特点。CANRAD-9RP247制主机卜号通用6 CANLI模块1JO模块o模块CANLGNDPCA82C250主机作用是完成于下面各个智能模块的连接通讯,读取现场数图2据,并把数据归总形成一定协议模式。或者进行一定的运算,以及保MB90F543的一个RS232口用于驱动通用的R485总线协护输出。除此之外,还要实现与人机界面的通讯。议用标准的 MODBUS协议,能与各种控制系统连接,形成一套完整主机是采集系统的一部分,系统的特点是要把数据形成标准的,的数据呆集系统透明的,公开的标准通讯协议,让系统更易于上位的HM人机界4结论本系统用于DCS的现场数据采集中多年,包括135MW、面)组态软件DCS(分散控制系统)以及用户自己开发软件界面系30MNN和60MW火力发电主控DcS的现场控制总线级的采集模统通讯,实现完整的数据采集系统。3实现方法及电路块(卡件),实践证明,本系统工作稳定,数据传输可靠,可靠性良好。为提高现场CAN通信的可靠性我们开发出一种采用MB90F543参考文彭微控制器的双CAN冗余通信系统。虽然CAN协议本身具有较强的检错1邬宽明CAN总线原理与应用系统设计北京:北京航空航天大学出版社1996纠错能力,但在工业控制现场,插头连接的不牢固、传输介质的损坏12JFUJITSU LIMITED. F2MC-16LX 16-BIT MICROCONTROLLER或总线驱动器的损坏等都会破坏CAN的可靠通信在要求高可靠性MB9540545 Series HARDWARE MANUAL,2001的应用系统中,这些故障如不能自动检测到并采取相应措施克服,将FUJITSU LIMITED. F2MC-16LX 16-BIT MICROCONTROLLER使系统部分甚至完全失去通信能力。而解决这一问题的有效途径就MB90500 Series PROGRAMMING MANUAL,199是采用冗余通信控制。从而保证通信系统主要功能正常运行,以此提作者简介:康孝高(1978-),男浙江平阳人,助理工程师工学士,主要高系统的可靠性研究方中国煤化工(上接第258页车不但动力不受影响,且能极大降低尾气的污染排放。随着一些先国“十CNMH⑦醇产业取得了重大发展进农业国劳动生产率的大幅度提高,及七十年代中期以来四次较大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的“石油危机”,燃料乙醇工业在世界许多国家得以迅速发展。自巴供应多元化战略已成为中国能源政策的一个方向。随着化石资源渐西、美国率先于七十年代中期大力推行燃料乙醇政策以来,加拿大、趋枯竭,油价进一步高涨,国际原油价格也有上涨的趋势,这给燃料法国、西班牙、瑞典等国纷纷效仿,均已形成了规模生产和使用。我乙醇的价格带来了一定的升值空间,同时也给燃料乙醇的发展带来国内数类搶乙醇为代表的生物能源发展已历时五年,作为中了历史性的机遇59