生物炼制-工业过程与产品 上 Volume 1PDF电子书下载

第一部分　背景及概述——原理和基础知识 1

1　生物炼制体系——概述　 1

1.1　引言 1

1.2　历史回顾 2

1.2.1　传统技术的概述及工业资源 2

1.2.2　开端——生物质消化 2

1.2.3　生物基产品集成生产的起源 5

1.3　现状 8

1.3.1　生物炼制目前研究和开发的一些现状 8

1.3.2　生物质原料 9

1.3.3　生物质技术的国家远景、目标和计划（美国） 11

1.3.4　生物燃料的远景、目标及计划（欧盟及德国） 12

1.4　生物炼制的原理 13

1.4.1　基本原理 13

1.4.2　“生物炼制”的定义 14

1.4.3　生物技术的作用 16

1.4.4　砌块化合物，化合物和潜能筛选 18

1.5　生物炼制体系与设计 19

1.5.1　简介 19

1.5.2　木质纤维素原料的生物炼制 20

1.5.3　全谷物生物炼制 22

1.5.4　绿色生物炼制 24

1.5.5　双平台概念与合成气 27

1.6　前景展望 28

参考文献 29

2 生物质炼制的全球性影响——21世纪的生物基经济　 36

2.1　引言 36

2.2　历史概要 36

2.2.1　化石碳加工工业的背景及发展 36

2.2.2　现存的生物基经济：可再生碳 38

2.2.3　迈向更大的生物基经济 39

2.3　生物炼制厂的供应 40

2.3.1 生物炼制厂需要什么原材料，能生产何种产品？ 40

2.3.2　生物质原料成本与石油成本的比较 41

2.3.3　能够提供多少生物质原料，其价格是多少？ 44

2.4　生物炼制的技术如何发展？ 46

2.4.1　产品的产率：主要的技术经济因素 46

2.4.2 产品的多样化：利用全生物质 47

2.4.3　纤维素生物炼制方法的完善与先决技术条件 48

2.5　集成生物炼制体系的可持续性 49

2.5.1　集成生物炼制系统：“所有生物质本地化” 49

2.5.2　农业／林业生态系统模型：可持续时代的新工具 50

2.5.3　分析集成生物炼制体系的可持续性：一些结论 51

2.6　结论 55

参考文献 56

3 发展生物炼制需考虑的技术与经济因素　 58

3.1　引言 58

3.2　概述：生物炼制模型 59

3.3　原料及可发酵糖的转化 59

3.3.1　蔗糖 60

3.3.2　淀粉 61

3.3.3　纤维素 61

3.4　技术挑战 63

3.4.1　纤维素酶 63

3.4.2　发酵微生物 66

3.5　结论 69

参考文献 70

4 适于化工业的生物炼制——荷兰的观点　 73

4.1　引言 73

4.2　历史性概述——化工业：现状及前景 74

4.2.1　产品及市场概况 74

4.2.2　技术路线 75

4.2.3　生物基工业产品 76

4.2.4　国际前景 78

4.3　生物质：技术和可持续性 80

4.3.1 向生物基工业的过渡：在荷兰的行业集成 80

4.3.2　可持续性能够推动工业技术的发展吗？ 82

4.4　化工业：生物质机遇——生物炼制 83

4.4.1　生物质机遇 83

4.4.2　生物炼制的概念 84

4.4.3　生物质的可利用性 86

4.4.4　初级炼制 87

4.4.5　二次热化学炼制 87

4.4.6　二次生物化学炼制——发酵过程 89

4.5　结论，展望，前景 91

4.5.1　生物质——可持续性 91

4.5.2　生物质的提炼与预处理 91

4.5.3　转化技术 92

4.5.4　化学品及材料的设计 92

4.5.5　荷兰能源研究战略 93

参考文献 93

第二部分　生物炼制体系 96

5　木质纤维素生物炼制——一种回到利用可持续资源生产资源和工业有机化学品的策略　 96

5.1　目前形势 96

5.2　策略 96

5.2.1　策略中的策略 97

5.2.2　环境效益 97

5.2.3　商业结构 98

5.2.4　成本评估 98

5.3　石油和生物质化学的比较 99

5.3.1　石油资源 99

5.3.2　生物质资源 99

5.3.3　糖类和多糖 100

5.3.4　木质素 101

5.3.5　三酰甘油酯 101

5.3.6　蛋白质 102

5.4　木质纤维素炼制化学 102

5.5　几个集成生物炼制的应用举例 104

5.5.1　以木质纤维素为原料生产乙醇和糠醛 104

5.5.2　城市固体废弃物处理 104

5.5.3　城市固体废弃物处理、乙醇生产和生物柴油生产的耦合 105

5.6　小结 106

参考文献 106

6 木质纤维素生物炼制——生物质水解工厂的历史和发展　 107

6.1　引言 107

6.2　生物质原料的水解 107

6.2.1　酸水解法转化 107

6.2.2　酶催化法转化 108

6.3　酸水解过程 108

6.3.1　生产乙醇的早期努力 108

6.3.2　其他产物 110

6.4　酶水解过程 111

6.4.1　早期历史 111

6.4.2　酶催化水解生物质工厂的发展 111

6.4.3　技术发展 112

6.5　结论 113

参考文献 113

7 生物精炼工艺——以木质纤维素为原料生产乙酰丙酸、糠醛、甲酸　 116

7.1　引言 116

7.2　木质纤维素水解 116

7.2.1　多糖的酸水解 117

7.2.2　乙酰丙酸、甲酸和糠醛的生产 118

7.3　生物精炼过程 120

7.3.1　生物精炼过程产量和效率 121

7.3.2　比传统木质纤维素加工技术具有的优势 122

7.3.3　生物质精炼工艺的产品 122

7.3.4　生物质精炼半焦 129

7.3.5　生物炼制过程的经济性 132

7.4　结论 134

参考文献 135

全农作物生物炼制技术 138

8 一个全农作物生物炼制系统——一种利用谷物生产非食用产品的封闭系统　 138

8.1　引言 138

8.2　基于小麦的生物炼制技术 140

8.2.1　小麦的结构和组成 140

8.2.2　小麦粉碾磨副产物的二级处理 141

8.2.3　食品和非食品应用的小麦分离新工艺 144

8.2.4　基于小麦新型干分级处理技术的生物炼制 146

8.3　基于燕麦的生物炼制技术 151

8.3.1　燕麦的结构和组成 151

8.3.2　潜在的基于燕麦的分级处理工艺概况 152

8.4　小结 155

参考文献 155

燃料导向的生物炼制技术 160

9 Iogen公司利用纤维素生物质生产乙醇的示范加工过程　 160

9.1　引言 160

9.2　过程概述 160

9.3　原料的选择 161

9.3.1　原料的组成 161

9.3.2　原料的选择 162

9.3.3　利用淀粉或蔗糖生产乙醇 163

9.3.4　纤维素生物质生产乙醇的优势 163

9.4　预处理 164

9.4.1　预处理过程 164

9.4.2　化学反应 164

9.4.3　其他的预处理过程 165

9.5　纤维素酶的生产 166

9.5.1　生产纤维素酶 166

9.5.2　在乙醇厂区现场生产纤维素酶 167

9.5.3　纤维素酶的商业化生产现状 167

9.6　纤维素水解 168

9.6.1　过程描述 168

9.6.2　纤维素酶水解的动力学 168

9.6.3　酶水解的改进 169

9.7　木质素加工 170

9.7.1　过程描述 170

9.7.2　木质素的其他用途 170

9.8　糖发酵和乙醇提取 171

参考文献 171

10 糖基生物炼制——联产聚3-羟基丁酸、糖及乙醇的技术　 173

10.1　引言 173

10.2　巴西的甘蔗工业——历史沿革 173

10.2.1　糖及乙醇的生产 173

10.2.2　甘蔗农业与绿色循环 174

10.3　甘蔗原料生产的生物可降解塑料 175

10.3.1　聚3-羟基丁酸 175

10.3.2　聚3-羟基丁酸聚合物 176

10.4　聚3-羟基丁酸的生产过程 179

10.4.1　Ralstonia eutropha以糖为原料发酵合成PHB 179

10.4.2　胞内PHB的提取和纯化的下游加工过程 180

10.4.3　糖厂联产PHB 182

10.4.4　制糖厂中生产PHB的投资和生产成本 183

10.5　展望 184

参考文献 185

基于热化学工艺的生物炼制 187

11 基于热化学-生物复合式工艺的生物质炼制总论　 187

11.1　引言 187

11.2　历史概要 187

11.2.1　基于合成气发酵的生物炼制的起源 187

11.2.2　基于生物油发酵的生物炼制的起源 188

11.3　基于气化技术的系统 189

11.3.1　气化的基础知识 189

11.3.2　合成气的发酵 191

11.3.3　基于合成气发酵的生物炼制 197

11.3.4　支撑技术（enabling technology） 198

11.4　基于快速高温分解的系统 199

11.4.1　快速高温分解的基础知识 199

11.4.2　生物油的发酵 202

11.4.3　基于快速高温分解的生物炼制 204

11.4.4　支撑技术 206

11.5　前景与展望 206

参考文献 207

绿色生物炼制 210

12　绿色生物炼制的概念——基本原理和应用潜力 210

12.1　引言 210

12.2　历史概况 210

12.2.1　起源 210

12.2.2　叶蛋白浓缩物的首次生产 211

12.2.3　叶染料的首次生产 213

12.3　绿色生物炼制原材料 214

12.3.1　原材料 214

12.3.2　大规模绿色生物炼制的草场原料的获得 215

12.3.3　草料的关键成分 216

12.4绿色生物炼制概念 223

12.4.1　基本原理和现状 223

12.4.2　湿法分级和初步炼制 224

12.5　加工和产品 227

12.5.1　汁液部分 227

12.5.2　GJ饮料／另一种用途 228

12.5.3　成分和特性 229

12.5.4　滤饼（纤维）组分 231

12.6　绿色生物炼制——经济和生态 235

12.7　前景与展望 236

参考文献 236

13 生物炼制中的植物汁液——利用植物汁液作为发酵培养基　 247

13.1　引言 247

13.2　历史概况 247

13.3　生物基聚（乳酸） 247

13.3.1　发酵过程 248

13.3.2　绿色生物炼制 248

13.3.3　乳酸发酵 248

13.3.4　褐色汁液作为发酵培养基 249

13.4　材料和方法 250

13.4.1　分析方法 250

13.4.2　唾液乳杆菌BC1001褐色汁液的补料分批发酵 250

13.4.3　唾液乳杆菌BC1001中试规模连续发酵 251

13.4.4　好氧和厌氧储存期间马铃薯汁的性质研究 251

13.5　褐色汁液 251

13.5.1　化学成分 251

13.5.2　季节变化 253

13.5.3　褐色汁液的乳酸发酵 255

13.5.4　绿色作物干燥工业作为乳酸生产者 256

13.6　马铃薯汁 258

13.6.1　马铃薯汁作为发酵培养基 258

13.6.2　马铃薯淀粉厂作为乳酸生产者 259

13.7　碳水化合物 259

13.8　乳酸纯化 260

13.9　结论与展望 261

参考文献 262

第三部分　生物质生产和初级生物炼制 262

14 生物质的商业化与农业废弃物的收集　 263

14.1　引言 263

14.2　历史概要 264

14.2.1　个案研究：爱荷华Harlan的玉米秸秆收集计划 265

14.2.2　案例研究：甘蔗渣——干的还是湿的？ 267

14.3　生物质价值 268

14.3.1　土质 269

14.3.2　农户价值 269

14.3.3　加工者价值 271

14.4　可持续地移除 272

14.4.1　土壤有机质 273

14.4.2　土壤侵蚀控制 273

14.4.3　覆盖作物 275

14.5　收集、储藏和运输的创新方法 276

14.5.1　收集 276

14.5.2　储藏 278

14.5.3　运输 281

14.6　建立原料供应系统 282

14.6.1　基础设施 283

14.7　前景与展望 284

参考文献 284

15 玉米湿磨和干磨工业——生物炼制技术发展的基础　 288

15.1　引言：玉米的湿磨和干磨——已有的生物炼制厂 288

15.2　玉米精炼厂 288

15.2.1　湿磨精炼厂 288

15.2.2　干磨精炼厂 289

15.2.3　废水处理 289

15.3　现代玉米炼制厂 290

15.3.1　背景和定义 290

15.3.2　工艺和产品 290

15.3.3　炼制厂经济学 292

15.4　碳水化合物炼制 293

15.5　前景与展望 294

参考文献 294

第四部分　生物炼制转化——工艺与技术 294

16　生物炼制中的酶　 295

16.1　引言 295

16.2　生物质底物 296

16.2.1　生物质的组成 296

16.2.2　生物质的预处理 298

16.3　生物质降解过程中的酶 301

16.3.1　葡聚糖酶或纤维素酶 301

16.3.2　半纤维素酶 302

16.3.3　非水解活性的对生物质具有活性的酶 302

16.3.4　生物质降解酶类的协同作用 302

16.4　生物质转化中纤维素酶研究进展 303

16.4.1　CBH-EG-BG系统的优化 303

16.4.2　生物质转化中其他具有潜在应用前景的蛋白 307

16.5　纤维素酶的表达 311

16.6　生物基产品的种类 312

16.6.1　燃料 312

16.6.2　精细化工 314

16.6.3　燃料电池 314

16.7　生物炼制：回顾与展望 315

16.7.1　基于生物质的材料与能源应用前景 315

16.7.2　可持续发展是经济发展的要求 316

参考文献 317

17 利用可再生性原料生产大宗化学品和精细化学品的生物催化与催化路线　 320

17.1　引言 320

17.1.1　可再生资源 320

17.1.2　产品 320

17.2　历史回顾 321

17.3　工艺 322

17.3.1　固定化 323

17.3.2　利用可再生资源生产有机溶剂或燃料的生物催化路线 324

17.3.3　从甘油生产1,3-丙二醇的生物催化路线 326

17.3.4　利用菊粉制备双果糖酐（DFA）的生物催化路线 329

17.3.5　从糖制备糖酸的化学路线 334

参考文献 338

索引　 340