caracteristici butanol
Butanolul este un alcool (un lichid incolor, cu miros caracteristic de ulei de fuzel) cu patru atomi de carbon (C4H9OH).
Butanolul este utilizat ca solvent în industria vopselelor, în producția de rășini și plastifianți, în sinteza multor compuși organici. Acesta poate fi utilizat ca o componentă a combustibililor tradiționali sau ca un combustibil independent pentru autovehicule.
Butanolul produs din biomasă, numită Biobutanol, deși are exact aceleași caracteristici ca și butanol produs din petrol (materii prime chimice).
butil alcool (butanol) și alcool etilic (etanol) poate fi obținut prin:
* Prin prelucrarea zahărului sau amidon / x cultură (I generație Biobutanol);
* Prin celuloză instalație de prelucrare (Biobutanol generația II);
* Prin materie primă sinteză chimică (butanol).
Istoricul de producție butanol
Producția industrială de butanol a început în 1916. Apoi, a fost utilizată o metodă de fermentație Abe (acetonă, butanol, etanol) folosind bacteria acetobutylicum Clostridia. Acest microorganism, care produce acetona, mai întâi identificat Haim Veytsman (Haim Weizmann), brevetul US numărul 1 315 585. La momentul primului război mondial, Marea Britanie a apelat la tineri microbiolog cu o cerere să-i dea dreptul de a fabrica o astfel de metodă de acetonă pentru cordite ulterioară (pulbere fără fum ). Procesul folosit până în 1920 pentru a produce exclusiv acetonă. Cu toate acestea, pentru fiecare litru de acetonă în timpul fermentației a fost obținută o suplimentare de doi litri butanol. Cineva a luat o dată pe nitroceluloză, l-au amestecat cu butanol și a fost de uscare rapidă. Trei ani mai târziu, automobilul a schimbat drastic întreaga piață, și prin 1927, principalul produs al procesului a devenit butanol ABE, în timp ce acetona a fost produs secundar. În timpul al doilea război mondial, butanol este utilizat în producția de cauciuc sintetic.
Subproduse de fermentație sunt EBA hidrogen, izopropanol, acetic, lactic, propionic și acidul butiric precum dioxidul de carbon și lipide. Nevoia de separare dintre principalele produse de fermentare, iar partea de îndepărtare - efect, în special, pentru a crește costul de fiecare litru de butanol.
Din 1954, prețul petrolului a scăzut sub prețul zahărului - datorită faptului că Statele Unite a pierdut furnizarea de zahăr ieftine din Cuba. Ca urmare, odată cu creșterea constantă a cererii pentru producția de butanol de fermentație a început să scadă. In prezent, butanol obținut din petrol metode mai eficiente - hidroliza halogenclorură sau hidroliză și hidratare alchenelor.
Astăzi, butanol este utilizat în principal ca un solvent industrial. Piața globală pentru acest produs este estimat la 1,6 miliarde de litri pe an, din care 1 miliard de litri pe an, cade pe ponderea SUA.
Butanolul drept carburant
Butanolul poate înlocui benzina drept combustibil într-o măsură chiar mai mare decât etanolul, datorită proprietăților sale fizice, economie, securitate, precum și datorită faptului că utilizarea sa nu are nevoie de reprelucrare a motorului auto.
Motivul principal pentru care, până de curând, nimeni nu știa de butanol drept combustibil alternativ este faptul că producția acestui produs nu a fost considerat fezabil economic. După cum sa menționat mai sus, acest produs este utilizat în principal ca un solvent industrial, al cărui preț este mai mare de aproximativ trei ori mai mare decât prețul gazului. proces de fermentare tradițional dă un bușel (35 litri), granule doar 6 litri de butanol, 3 litri de acetonă, 1,5 litri de etanol, și 0,3 kg de hidrogen. O astfel de producție butanol nu poate concura cu tehnologia de producere a etanolului, care dă 13 litri de produs per bușel. Progresul în biotehnologia a permis să transforme porumb și alte tipuri de biomasă într-o sursă destul de economic Biobutanol, dar începe producția industrială este legată de soluționarea unui număr de probleme.
Comparativ cu etanol, butanol poate fi amestecat în proporții mai mari cu benzină și utilizate în vehiculele existente fără modificarea formarea amestecului aer-combustibil sistem. Butanolul extrage energie netă la un ciclu mai mare de etanol sau metanol, și aproximativ 10% mai mult decât benzina. În legătură cu achiziționarea de noi tehnologii foarte eficiente pentru producerea de Biobutanolul, sunt produse în prezent de butanol de porumb atrage mai multă atenție și mai de experți pentru utilizare drept combustibil. Succesul este determinat de o serie de avantaje față de butanol etanol, printre care:
Astfel, butanol este mai economic decât un amestec de etanol cu benzină, îmbunătățește eficiența consumului de carburant a vehiculului și crește kilometraj pe unitatea de combustibil consumat. Biobutanol obținute din aceeași materie primă - porumb, sfeclă de zahăr, sorg, manioc, trestie de zahăr, coceni de porumb și alte biomasă etanol, dar poate înlocui benzina într-un volum egal.
tehnologii de generație I de dezvoltare butanol
1. Energie de mediu
Abe fermentație cu bacterii Clostridium acetobutylicum - una dintre primele procedee utilizate pentru butanolul fermentare industrială. Prin utilizarea microorganismelor anaerobe menționate pentru prima dată în această ramură a fost stabilită în lume, ca și producția microbiologică. Cu toate acestea, pentru a obține o tulpină numită Clostridium beijerinkii și de a crea o noua companie de tehnologie energetică de mediu, fermentație a fost de complex și dificil de gestionat procesul.
Într-o fermentație tipică Abe primă bacterie Clostridium acetobutylicum produc butiric, propionic, lactic și acid acetic (producerea de acid etapa), apoi valoarea pH-ului culturii este redusă și, astfel, a declanșat o modificare metabolică a etapei de producție solvent, rezultând într-o butanol, acetonă, izopropanol și etanol .
Deplasarea este inițiată prin creșterea concentrației de acid butiric de 2 g / l și reducerea indicelui de hidrogen mai mic de 5. Cu Abe randament convențional de fermentație butanol din glucoză este scăzut: aproximativ 15% și rar depășesc 25%. producția butanol este limitată la faptul că la o concentrație de 1-2% butanol blocat în mod semnificativ creșterea celulară și poate duce la terminarea fermentației. Prin urmare, concentrația de butanol în procedeul convențional Abe în mod tipic nu depășește 1,3%. Toate încercările făcute în ultimii 20 de ani, au permis să se obțină cele mai bune butanol la o concentrație mai mică de 2%, cu productivitate 4,46 g / l / h de butanol și evacuare mai mică de 25% în greutate glucoză.
Hans Blaschek folosit sa patentat patentat modificat genetic microorganism C. beijerinkii, el a transformat cu succes porumb în butanol. În plus, tehnologia de baze profesor dezvoltat de butanol este îndepărtat din gazul. În acest caz, butanol este ieftin și lipsit de murdărie, posibile folosind tehnologii bazate pe utilizarea membranelor.
Planurile de știință - proces de fermentație la scară pentru producerea de butanol folosind tulpina existentă C. beijerinkii, alege efectiv cereale boabe de materie primă și tipul de fibre pentru producerea de butanol, precum și a crea oa doua generație de microorganisme.
Puțin mai târziu, în procesul de combinare a doua, noi tulpini de bacterii regulate și care prezintă o serie de soluții de inginerie, compania Environmental Energy a anuntat crearea unei tehnologii complete pentru producerea de Biobutanolul. Compania a fost emis US Patent № 5753474 „proces continuu anaerobă fermentare în două etape pentru producerea de butanol și alți solvenți organici cu două tulpini diferite de bacterii.“ Brevetul descrie o tehnologie care vă permite să sperăm pentru o butanol eficientă și viabilă economic.
Optimizarea Abe fermentare prin butanol și obținerea acidului butiric convertit din carbohidrati, a permis să crească randamentul, productivitatea și concentrația în vrac de butanol. Folosind acum Energie Mediu imobilizat culturi C.tyrobutyricum C.acetobutylicum și permite obținerea optimă butanol performanță 4,64 g / l / h și 42% în greutate glucoză.
Comparativ cu procesul convențional Abe tehnologiei energetice Mediu elimină producerea de produse nedorite, inclusiv acetic, lactic, acid propionic, acetonă, izopropanol și etanol, menținând astfel carbonul și producând numai bioxid de carbon, hidrogen, acid butiric și butanol. Acest proces aproape dublează producția de butanol. In plus, noua tehnologie legată de producerea de produs secundar de hidrogen, care este, de asemenea, un combustibil alternativ.
* Amestec Biobutanol 16% are același efect ca și un amestec de 10% etanol;
* Densitatea de energie a Biobutanolul este mai aproape de benzină fără plumb;
* Biobutanol nu miscibil cu apa.
3. Fermentarea Biotehnologie Cercetare
Problema îmbunătățirii tehnologiei de proces și microorganisme care desfășoară fermentația, așa cum sunt forța motrice din spatele cercetării și a guvernului.
În primul rând, există o caracteristică izbitoare într-un proces de fermentare microbiologică a butanol: deși butanolobrazuyuschaya bacterie produce enzime care convertesc zaharuri simple în alcool, butanol în sine este toxic pentru aceste bacterii. Rezultatul unei astfel de inhibare a butanol este o concentrație scăzută de alcool în mediul de fermentație, ceea ce duce la scăderea randamentului butanol și creșterea costurilor de producție. Acestea sunt problemele care apar atunci când se utilizează materii prime de înaltă puritate. Cand biologice materii prime mai ieftine, inhibitorii bacteriene suplimentare sunt produse în treapta de pretratare.
Dezvoltarea unor strategii pentru reducerea toxicității butanol și de ieșire a crescut, inclusiv mai multe straturi integrate în culturile microbiologice pentru controlul proceselor. proces de ansamblu ca o echipa de cercetatori de la Centrul de Cercetare Fermentarea Biotehnologie dezvoltat pentru producerea de butanol din deșeuri agricole, cuprinde patru etape:
* Procesare inițială, care dezvăluie structura celulară a pielii și elimină lignină;
* Hidroliza de hemiceluloză și celuloză în hexoze simplu și pentozo zaharuri folosind Enzi-ne;
* Fermentația zaharuri simple în butanol, utilizând o cultură pură C.beijerinckii P206, bacterii anaerobe;
* Obținerea butanol.
O caracteristică unică a procesului este că ultimele trei etape sunt combinate și efectuate într-un singur reactor.
Centrul de cercetare este de lucru cu Lars Angenent, un expert în domeniul mediului, Universitatea din Washington, precum și cu alți experți din cadrul Diviziei de Cercetare al Departamentului Agriculturii din SUA pentru a îmbunătăți hidroliza etapa rentabilității. Ideea este de a înlocui enzimele necesare, care sunt adesea scumpe, o cultură mixtă de microorganisme. Angenent va folosi microbii colectate din nămolul în rezervoare de metan și microbi ruminale de la oi la fermenteze din fibre de porumb pretratat în acid butiric.
Cooperarea este încă în fază incipientă, este finantat de un grant de la Departamentul Agriculturii din SUA. In prezent echipa Angenent de lucru pentru a optimiza producerea de acid butiric, prin schimbarea condițiilor, cum ar fi pH-ul și temperatura.