酒精:有機化合物-中文百科頻道

曆史沿革

中國古代勞動人民很早就開始使用谷物釀酒了，酒的主要成分就是乙醇（酒精）。

釀酒至少始于中國早期農耕時代。漢代劉安在《淮南子》中提到“清盎之美，始于耒耜”。

晉代的江統在《酒浩》中寫道“酒之所興，肇自上皇，或雲儀狄，又雲杜康。有飯不盡，委徐空桑，郁積成味，久蓄氣芳，本出于此，不由奇方。”

江統是我國曆史上第一個提出“谷物自然發酵釀酒”學說的人。

方心芳先生則對此作了具體的描述：“在農業出現前後，貯藏谷物的方法比較粗放。天然谷物受潮後會發黴和發芽，吃剩的熟谷物也會發黴，這些發黴、發芽的谷粒，就是上古時期的天然曲蘖(nie)，将之浸入水中，便可以發酵成酒，即天然酒。人們不斷接觸天然曲集和天然酒，并逐漸接受了天然酒這種飲料。久而久之，就發明了人工曲蘖和人工酒。”

現代科學對這一問題的解釋是：澱粉在酶的作用下，逐步分解成糖和酒精，自然轉變成了酒香濃郁的酒，而酶則是由自然界的微生物所分泌的。

在遠古時代人們的食物中，采集的野果含糖分高，無須經過液化和糖化，便可以發酵成酒。

在工業上，酒精有廣泛的運用。

物理性質

乙醇液體密度是0.789g/cm³，乙醇氣體密度為1.59kg/m³，相對密度（d15.56）0.816，式量（相對分子質量）為46.07g/mol。沸點是78.2℃，14℃閉口閃點，熔點是-114.3℃。純乙醇是無色透明的液體，有特殊香味，易揮發。

乙醇的物理性質主要與其低碳直鍊醇的性質有關。分子中的羟基可以形成氫鍵，因此乙醇黏性大，也不及相近相對分子質量的有機化合物極性大。

20℃下，乙醇的折射率為1.3611。

溶解性

能與水以任意比互溶；可混溶于醚、氯仿、甲醇、丙酮、甘油等多數有機溶劑。

乙醇是一種很好的溶劑，能溶解許多物質，所以常用乙醇來溶解植物色素或其中的藥用成分；也常用乙醇作為反應的溶劑，使參加反應的有機物和無機物均能溶解，增大接觸面積，提高反應速率。例如，在油脂的皂化反應中，加入乙醇既能溶解NaOH，又能溶解油脂，讓它們在均相（同一溶劑的溶液）中充分接觸，加快反應速率。

潮解性

由于存在氫鍵，乙醇具有較強的潮解性，可以很快從空氣中吸收水分。

羟基的極性也使得很多離子化合物可溶于乙醇中，如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氯化鎂、氯化鈣、氯化铵、溴化铵和溴化鈉等；但氯化鈉和氯化鉀微溶于乙醇。此外，其非極性的烴基使得乙醇也可溶解一些非極性的物質，例如大多數香精油和很多增味劑、增色劑和醫藥試劑。

度表

下表為20℃下乙醇與水的混合液體的密度（以乙醇的體積分數為變量）。

酒精度數計算

酒精水溶液中純酒精的含量就是其濃度，我國是以容量（體積）百分數進行酒精水溶液的濃度計算的。如平常說的五十度酒是指在20℃時100體積酒精溶液中含有50體積純酒精。計算式：

酒精容量=（純酒精容量數/酒精水溶液總容量數）×100%

酒精度數=酒精容量×100

主要種類

1、按生産使用的原料可分為澱粉質原料發酵酒精、糖蜜原料發酵酒精、亞硫酸鹽紙漿廢液發酵生産酒精。

澱粉質原料發酵酒精(一般有薯類、谷類和野生植物等含澱粉質的原料，在微生物作用下将澱粉水解為葡萄糖，再進一步由酵母發酵生成酒精)；

糖蜜原料發酵酒精（直接利用糖蜜中的糖分，經過稀釋殺菌并添加部分營養鹽，借酵母的作用發酵生成酒精）；

和亞硫酸鹽紙漿廢液發酵生産酒精（利用造紙廢液中含有的六碳糖，在酵母作用下發酵成酒精，主要産品為工業用酒精。也有用木屑稀酸水解制作的酒精)。

2、按生産的方法來分，可分為發酵法、合成法兩大類。

3、按産品質量或性質來分，又分為高純度酒精、無水酒精、普通酒精和變性酒精。

4、按産品系列（BG384-81）分為優級、一級、二級、三級和四級。其中一、二級相當于高純度酒精及普通精餾酒精。三級相當于醫藥酒精，四級相當于工業酒精。新增二級标準是為了滿足不同用戶和生産的需要，減少生産與使用上的浪費，促進提高産品質量而制訂的。

分子結構

C、O原子均以sp³雜化軌道成鍵、極性分子。

乙醇分子是由是由C、H、O三種原子構成（乙基和羟基兩部分組成），可以看成是乙烷分子中的一個氫原子被羟基取代的産物，也可以看成是水分子中的一個氫原子被乙基取代的産物。

工業制備

制備原料有澱粉、乙烯、磷酸、硫酸、葡糖澱粉酶，衍生産品為鹽酸乙醇液、二硫化硒、環氧乙烷、對二乙基苯、聯苯、6-甲氧基-2-乙酰萘、戊基氰基三聯苯、乙醛、甲醛、乙醇鈉、乙醚、乙酸乙酯、乙醇（無水）、複盆子酮等。

工業上一般用澱粉發酵法或乙烯直接水化法制取乙醇：

發酵法

糖質原料（如糖蜜、亞硫酸廢液等）和澱粉原料（如甘薯、玉米、高梁等）發酵；

發酵法制乙醇是在釀酒的基礎上發展起來的，在相當長的曆史時期内，曾是生産乙醇的唯一工業方法。

發酵法的原料可以是含澱粉的農産品，如谷類、薯類或野生植物果實等；也可用制糖廠的廢糖蜜；或者用含纖維素的木屑、植物莖稈等。這些物質經一定的預處理後，經水解（用廢蜜糖作原料不經這一步）、發酵，即可制得乙醇。

發酵液中的質量分數約為6%~10%，并含有其他一些有機雜質，經精餾可得95%的工業乙醇。

煤化工

以煤基合成氣為原料，經甲醇、二甲醚羰基化、加氫合成乙醇的工藝路線。

聯合生物加工

利用生物能源轉化技術生産乙醇能緩解非再生化石能源日漸枯竭帶來的能源壓力。來源廣泛的纖維素将是很有潛力的生産乙醇原料。然而由于各種原因，一般的發酵法生産乙醇成本較高，乙醇生産難以規模化。聯合生物加工技術，一體化程度高，能有效降低生産成本，未來發展前景廣闊。

①原因

生物轉化使用的原料是玉米等糧食作物，但是這些原料的大量使用會影響到糧食安全，所以稭稈、麸皮、鋸木粉等農業、工業廢棄物等含有大量的木質纖維素，将是很有潛力的乙醇發酵原料。另外，生物燃料的生産過程中，纖維素的預處理和纖維素酶的生産成本較高。因此減少預處理，增強纖維素酶的活性，提高發酵産物的産量和純度，減少中間環節也是降低生産成本的途徑。

②原理

聯合生物加工(consolidated bioprocessing，CBP)不包括纖維素酶的生産和分離過程，而是把糖化和發酵結合到由微生物介導的一個反應體系中，因此與其他工藝過程相比較，底物和原料的消耗相對較低，一體化程度較高。

③工藝

生理學研究和¹⁴C标記的纖維素實驗說明，生長于纖維素上的微生物的生物能量效益取決于胞内低聚糖攝取過程中β一糖苷鍵磷酸解的效率，并且這些效益超過了纖維素合成的生物能量成本。這些研究為纖維素分解菌在纖維素上快速生長提供了實驗依據和理論依據。應用聯合生物加工的關鍵是構建出能完成多個生化反應過程的酶系統，使纖維素原料通過一個工藝環節就轉變為能源産品。一些細菌和真菌具有CBP所需要的特性，所以改造現有的微生物已成為研究的熱點。以基因重組等為代表的生物工程技術已經使這種設想成為現實，并為設計出更完善的CBP酶系統提供了可能。對相關的微生物改造主要有以下3個策略：

1.天然策略

是将本身可産生纖維素酶的微生物，尤其是厭氧微生物進行改造，使其适應CBP生産的要求。這種策略關鍵在于，提高對乙醇的耐受力，減少副産物的生成，導入新的代謝基因将糖化産物全部或者大部分進行發酵，從而産出高濃度的乙醇。

2.重組策略

是通過基因重組的方法表達一系列的外切葡聚糖酶和内切葡聚糖酶等纖維素酶基因，使微生物能以纖維素為唯一碳源，将來源于纖維素的糖類完全或者大部分進行發酵。重組策略所遇到的問題有：(1)外源基因共表達對細胞的有害性。(2)需要在轉錄水平使外源基因适量表達。(3)一些分泌蛋白可能折疊不正确。因為纖維素降解蛋白合成之後必須要正确折疊才能分泌并行使功能。未正确折疊的蛋白分泌後要通過内質網結合蛋白降解，而且對内質網造成壓力。

3.共培養策略

共培養策略有兩層含義：一是指發酵液中存在的不同的類型的微生物，利用廣泛類型的糖類底物。例如将僅能利用己糖的熱纖維梭菌與能利用戊糖的微生物進行共培養。這能避免不同生物間的底物競争，實現乙醇産量最大化。二是指存在不同特性的微生物相互協作，加強發酵效果。

④特點

1.提高乙醇耐受力

高濃度的乙醇能改變細胞膜上的受體蛋白，阻遏糖酵解和代謝循環，最終抑制細胞的生長和發酵。許多證據表明，乙醇耐受基因不是單一的基因，全轉錄工程提供了一個新方法。例如分别通過三種轉錄調控因子基因的突變，釀酒酵母的乙醇耐受力有所提高。

2.提高糖轉運效率

糖類不能自由地穿過細胞膜，微生物是通過特定的糖轉運蛋白來利用糖類，所以了解糖轉運機制是必要的。轉運蛋白作為培養基中糖濃度的“感受器”，可産生相應的胞内信号．不同的糖轉運蛋白在不同的濃度下行使功能，從而使微生物在較廣的範圍内利用糖類。

這是生物方法的綜合運用。當然，還有其他的生産工藝方法，基本原理都是運用生物發酵的方法生産乙醇，如：木質纖維素原料酶水解産乙醇，玉米稭稈發酵生産乙醇等。這些基本的發酵方法通過聯合生物加工，可以大大提高乙醇的生産效率、減低生産成本。

⑤提純

75%的乙醇可以用蒸餾的方法蒸餾到95.5%。此後形成恒沸物，不能提高純度。

95%的乙醇可以用生石灰煮沸回流提純到99.5%。

99.5%的乙醇可以用鎂條煮沸回流制得99.9%的乙醇。

1.分批萃取精餾法

乙醇的生産離不開精餾、萃取等化工流程。氧化鈣脫水法、共沸精餾、吸附精餾、滲透汽化、吸附法、萃取精餾法和真空脫水法等多用在乙醇的回收和提純的方面。實際生産中較成熟的方法是共沸精餾和萃取精餾,這2種分離方法多以連續操作的方式出現。在一些領域生産乙醇設備簡單、投資小,可單塔分離多組分混合物,或同一塔可處理種類和組成頻繁更換的物系。分批共沸精餾可以同時滿足這些要求,但是分批共沸精餾所需的塔闆數較多,産品中常含有微量的苯不能應用于醫藥和化學試劑領域,且生産中易發生苯中毒事故。

分批萃取精餾(BED)則無以上缺點，且可以同時具備分批精餾與萃取精餾兩者的優點。其工藝特點是連續萃取精餾至少需要3個精餾塔的工藝來完成：乙醇稀溶液富集到共沸組成(乙醇質量分數95.7%)，萃取精餾回收無水乙醇，回收溶劑以循環使用。并且連續萃取精餾法隻适于原料組成固定的、規模較大的連續生産中。而且設備投資少，僅用單塔可完成原料富集、萃取精餾和溶劑回收3項任務；且精密度高，可根據實際生産的需求，靈活地調節産品純度；節省操作成本、無需連續操作；此設備也可用于回收其他有機溶劑。

2.分子篩固定床吸附法（簡稱分子篩法）

分子篩是一種無色、無臭、無毒的新材料,在無水乙醇制備和其他共沸混合物分離過程中無需添加第三組分,生産過程幾乎無毒害三廢排放；共沸法牽涉到苯、環已烷等高毒性的第三組分。工藝簡單可靠、産品質量優，是一種環保、節能型工藝。

優點是可以降低設備安裝高度，提高固定床有效吸附量及成品質量穩定性。産生的廢氣、廢渣、廢液均有很好的處理方法。

應用領域

工業原料

乙醇的用途很廣，可以用于：

溶劑；有機合成；各種化合物的結晶；洗滌劑；萃取劑；

食用酒精可以勾兌白酒；用作粘合劑；硝基噴漆；清漆、化妝品、油墨、脫漆劑等的溶劑以及農藥、醫藥、橡膠、塑料、人造纖維、洗滌劑等的制造原料、還可以做防凍劑、燃料、消毒劑等。

75%的乙醇溶液常用于醫療消毒。

消毒用品

體積分數99.5%以上的酒精稱為無水酒精。生物學中的用途：葉綠體中的色素能溶在有機溶劑無水乙醇（或丙酮）中，所以用無水乙醇可以提取葉綠體中的色素。

95%的酒精用于擦拭紫外線燈。這種酒精在醫院常用，而在家庭中則隻會将其用于相機鏡頭的清潔。

70%～75%的酒精用于消毒。這是因為，過高濃度的酒精會在細菌表面形成一層保護膜，阻止其進入細菌體内，難以将細菌徹底殺死。若酒精濃度過低，雖可進入細菌，但不能将其體内的蛋白質凝固，同樣也不能将細菌徹底殺死。其中75%的酒精消毒效果最好。

40%～50%的酒精可預防褥瘡。長期卧床患者的背、腰、臀部因長期受壓可引發褥瘡，如按摩時将少許40%～50%的酒精倒入手中，均勻地按摩患者受壓部位，就能達到促進局部血液循環，防止褥瘡形成的目的。

25%～50%的酒精可用于物理退熱。高燒患者可用其擦身，達到降溫的目的。因為用酒精擦拭皮膚，能使患者的皮膚血管擴張，增加皮膚的散熱能力，酒精蒸發，吸熱，使病人體表面溫度降低，症狀緩解。

注意：酒精濃度不可過高，否則可能會刺激皮膚，并吸收表皮大量的水分。

飲料制品

乙醇是酒主要成分（含量和酒的種類有關系）。

注意：日常飲用的酒内的乙醇不是把乙醇加進去，而是微生物發酵得到的乙醇，當然根據使用的微生物種類不同還會有乙酸或糖等有關物質。

白酒的度數表示酒中含乙醇的體積百分比（西方國家常用proof表示酒精含量），通常是以20℃時的體積比表示的，如50度的酒，表示在100毫升的酒中，含有乙醇50毫升(20℃)。另外對于啤酒是表示啤酒生産原料麥芽汁的濃度，以12度的啤酒為例，是麥芽汁發酵前浸出物的濃度為12%(重量比)。麥芽汁中的浸出物是多種成分的混合物，以麥芽糖為主。啤酒中乙醇濃度一般低于10%。

有機原料

乙醇可用來制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取、染料、塗料、洗滌劑等産品的原料。

汽車燃料

早在19世紀，就出現了現代生物能源乙醇。1902年，Deutz可燃氣發動機工廠特意将1/3的重型機車利用純乙醇作為燃料，随後的1925年至1945年間，乙醇被加入到汽油裡作為抗爆劑。可以說安全、清潔是乙醇的主要優勢。

第一代生物能源正是乙醇（俗稱“汽車酒精”）。這類乙醇使用糧食或者甘蔗作為原料，通過澱粉或者蔗糖發酵得到的，而微生物在其中起着至關重要的作用。生物乙醇發酵是目前最大規模的微生物發酵過程。

乙醇可以調入汽油作為車用燃料。美國銷售乙醇汽油已有20年曆史，我國高粱乙醇在汽油中占10%。

乙醇汽油也被稱為“E型汽油”，我國使用乙醇汽油是用90%的普通汽油與10%的燃料乙醇調和而成。它可以改善油品的性能和質量，降低一氧化碳、碳氫化合物等主要污染物排放。

藥理作用

消毒

廣泛用于醫用消毒（體積分數為75%±5%的乙醇溶液常用于醫療消毒）。

一般使用95%的酒精用于器械消毒；70~75%的酒精用于殺菌，例如75%的酒精在常溫（25℃）下，一分鐘内可以殺死大腸杆菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、白色念球菌、銅綠假單胞菌等；更低濃度的酒精用于降低體溫，促進局部血液循環等。

但是研究表明，乙醇不能殺死細菌芽孢，也不能殺死肝炎病毒（如：乙肝病毒）。故乙醇隻能用于一般消毒，達不到滅菌标準。

食用

乙醇還可以用于食用，如酒。因為它能作為良好的有機溶劑，所以中醫用它來送服中藥，以溶解中藥中大部分有機成分。

酒精在中藥使用上的作用：

1、酒精可以行藥勢，古人謂“酒為諸藥之長”，酒精可以便藥力外達于表而上至于颠，使理氣行血藥物的作用得到較好的發揮，也能使滋補藥物補而不滞；

2、酒精有助于藥物有效成分的析出，中藥的多種成分都易于溶解酒精之中；

3、防腐作用。

吸收

飲酒後，乙醇很快通過胃和小腸的毛細血管進入血液。

一般情況下，飲酒者血液中乙醇的濃度（blood alcohol concentration，BAC）在30~45分鐘内将達到最大值，随後逐漸降低。

當BAC超過1000mg/L時，将可能引起明顯的乙醇中毒。

攝入體内的乙醇除少量未被代謝而通過呼吸和尿液直接排出外，大部分乙醇需被氧化分解。

代謝

在乙醇的代謝過程中乙醇脫氫酶（alcohol dehydrogenase，ADH）起着至關重要的作用，它主要分布在肝髒，在胃腸道及其他組織中也有少量分布。

乙醇通過血液流到肝髒後，首先被ADH氧化為乙醛，而乙醛脫氫酶則能把乙醛進一步催化為乙酸，在肝髒中乙醇還能被CYP2E1酶分解代謝。

人喝酒後面部潮紅，是因為皮下暫時性血管擴張所緻，因為這些人體内有高效的乙醇脫氫酶，能迅速将血液中的酒精轉化成乙醛，而乙醛具有讓毛細血管擴張的功能，會引起臉色泛紅甚至身上皮膚潮紅等現象，也就是平時所說的“上臉”。另外還有一種酶——乙醛脫氫酶，喝酒臉紅的人是隻有乙醇脫氫酶沒有乙醛脫氫酶，所以體内迅速累積乙醛而遲遲不能代謝引起的。

乙醇代謝的速率主要取決于體内酶的含量，其具有較大的個體差異，并與遺傳有關。

人體内若是具備這兩種酶，就能較快地分解酒精，中樞神經就較少受到酒精的作用，因而即使喝了一定量的酒後，也行若無事。在人體中，都存在乙醇脫氫酶，而且大部分人數量基本是相等的。但缺少乙醛脫氫酶的人就比較多。乙醛脫氫酶的缺少，使乙醛分解較慢，在體内存留時間較長，所以嚴格地說酒精的代謝速度是沒法用一個準确的速度來描述的，因人而異。

燃料乙醇

燃料乙醇一般是指體積分數達到 99.5%以上的無水乙醇，是良好的辛烷值調和組分和汽油增氧劑，燃燒乙醇汽油能夠有效減少汽車尾氣中的 PM2.5 和 CO[1]，其作為可再生液體燃料的代表之一，可補充化石燃料資源，降低石油資源對外依存度，減少溫室氣體和污染物排放，近年來受到世界各國的廣泛關注。自巴西、美國率先于 20 世紀 70 年代中期大力推行燃料乙醇政策以來，加拿大、法國、西班牙、瑞典等國紛紛效仿，目前以甘蔗、玉米為原料的第 1 代燃料乙醇産業已經形成規模，燃料乙醇已經成為世界消費量最大的生物燃料。

世界燃料乙醇發展概況

2011年世界生物燃料總産量為9095萬噸，其中燃料乙醇産量為6680萬噸。

美國是目前世界上最大的燃料乙醇生産國，2011年總産能為4454萬噸/年（149億加侖/年），實際産量約為4153萬噸（139億加侖，1加侖=3.78541L，下同），較2010年（3944萬噸）增加了5.3%，占世界燃料乙醇總産量的62.2%。美國共有燃料乙醇生産企業209家，絕大多數以玉米為原料，目前美國非糧原料燃料乙醇廠。美國通過法令的形式，強制規定了燃料乙醇的使用量。2005年通過的可再生燃料标準（RFS）能源政策法案（EPAct）規定到2012年生物燃料使用量要達到75億加侖。2007年美國能源獨立與安全法案（EISA）中對RFS進行了修訂，建立了RFS2計劃，對每年運輸用的纖維素生物燃料、生物柴油和先進生物燃料的使用量進行了規定，要求到2022年生物燃料的總使用量要達到360億加侖（235萬桶/日），其中纖維素生物燃料的使用量要達到160億加侖。目前美國市場上同時銷售不含乙醇的汽油、E10和E15汽油。E10已經在美國得到廣泛應用，使用比例達到95%，銷售商将辛烷值為83.5～83.7的汽油與乙醇（體積分數占10%）調和得到辛烷值為87的乙醇汽油；E15則适用于2001年以後生産的車輛。從2000—2011年美國燃料乙醇的實際使用情況看，符合RFS2的要求。2012年美國受高溫幹旱的影響，玉米價格上漲影響了美國燃料乙醇的生産，燃料乙醇産量較2011年下降4.6%。

巴西是第二大燃料乙醇生産國，以甘蔗為主要原料，約有50%的甘蔗用于生産燃料乙醇，燃料乙醇供應了其國内輕型乘用車38%的燃料需求。2011年受甘蔗減産的影響，燃料乙醇減産，總産量為1665.2萬噸，占世界總産量的25%，較2010年下降了19.5%。巴西銷售燃料乙醇的方式有兩種：含水乙醇和無水乙醇。含水乙醇用于純乙醇燃料汽車，而無水乙醇則用于與汽油調和，巴西銷售的汽油中均含有20%～25%的乙醇。巴西燃料乙醇産業的成功得益于其靈活燃料汽車（FFV）的推廣，目前銷售的汽車中90%為FFV，其燃料乙醇生産企業大多都與蔗糖生産相結合，共有350座燃料乙醇生産廠，約有80%位于巴西聖保羅州，另有20%位于巴西北部地區。其中273座工廠可同時生産糖和乙醇，單生産燃料乙醇的工廠僅有77座。

近年來，德國十分重視燃料乙醇的使用，2010年德國共有13家燃料乙醇生産企業，總産能100萬噸/年，2010年總産量60萬噸，但消費總量達到102萬噸，因此需從荷蘭、比利時、法國和波蘭進口燃料乙醇。預計到2020年，德國燃料乙醇的消費量将達到156萬噸。德國乙醇的銷售方式有3種：直接與汽油調和銷售；以乙基叔丁基醚（ETBE）與汽油調後銷售；以E85銷售。2010年這3種方式分别銷售85.9萬噸、14.9萬噸和1.3萬噸。

日本交通部門的石油對外依存度接近于100%，日本經濟産業省2006年發布了“國家新能源戰略”，計劃到2030年将石油的對外依存度降低80%，到2020年要實現可再生燃料替代3%的汽油消費量的目标。燃料乙醇是日本國内最主要的可再生燃料種類之一，根據日本“揮發油類質量标準”的要求，汽油中需要摻調3%的燃料乙醇，采用直接與汽油摻混或以ETBE與汽油摻混的方式使用，其燃料乙醇消費總量的97%從海外進口。目前日本國内燃料乙醇總産能約為3萬噸/年，主要以糧食、甜菜為原料，也有一些纖維素乙醇示範裝置。

燃料乙醇生産技術進展

目前，燃料乙醇的生産方法主要分為化學合成法和生物法。化學合成法包括乙烯路線和合成氣路線，生物法分為生物化學法和熱化學法。

目前普遍研究的合成氣化學法生産乙醇有2種方法。一種是甲醇羰基化，美國聯碳公司利用Co(OAc)-12催化劑，甲醇與合成氣反應制取乙醇，獲得了較高的轉化率和産品選擇性；殼牌公司用甲醇和合成氣在CoI2、CoBr2的催化作用下反應，甲醇轉化率可達51.1%，乙醇選擇性63.8%。另一種方法是合成氣在催化劑的作用下直接合成乙醇，美國聯碳公司開發的Rh系催化劑、德國Hoechst公司開發的Rh-Mg系催化劑和法國IFP開發的Co-Cu-Cr-堿系催化劑，都取得了一定進展。雖然國内外已在該領域開展了大量研究工作，但在目标産物轉化率和收率方面還有待進一步提高，因此該方法目前尚未得到工業應用。美國塞拉尼斯公司基于其甲醇羰基合成乙酸工藝，開發了TCX乙醇生産技術。該技術使用合成氣和氫氣為原料，在合成乙酸後，乙酸和氫氣在鉑/錫催化劑的作用下發生加氫反應制備乙醇，具有生産成本低、占地面積小和裝置規模大（110萬噸/年）等特點，其全生命周期水耗比傳統生物燃料水耗要低。該工藝與生物質氣化技術結合可低成本生産生物燃料乙醇。2012年4月，塞拉尼斯公司獲準在南京建設27.5萬噸/年工業乙醇項目，該公司同時計劃在中國珠海、内蒙古，美國德克薩斯州和印度尼西亞建設乙醇生産裝置。加拿大Enerkem公司開發了以城市垃圾為原料，經氣化、合成氣淨化、甲醇羰基化生産乙醇的成套技術，該工藝每10噸垃圾可生産3噸乙醇。Enerkem公司在加拿大的魁北克已經建成一座130萬加侖/年的工業示範裝置，目前與GreenField乙醇公司合作在加拿大埃德蒙頓建設其10萬加侖/年的商業生産裝置，并計劃在美國Pontotoc和加拿大Varennes另建2座10萬加侖/年的生産裝置。

生物發酵制燃料乙醇分為生化法和合成氣發酵2種。生化法是目前制取燃料乙醇的最主要方法，近十年以糧食和甘蔗為原料的第1代燃料乙醇産業快速發展。玉米燃料乙醇的生産過程包括預處理、脫胚制漿、液化、糖化、發酵和乙醇蒸餾步驟。早期的糧食乙醇生産工藝存在能耗高、反應速度慢和原料利用率低的缺點，經過多年的技術改進，糧食乙醇的效率已經得到很大提高。目前美國大部分乙醇企業的澱粉轉化率已經達到90%～95%，生産1億加侖燃料乙醇，需要90萬噸玉米，可同時副産30萬噸動物飼料和8500噸玉米油。糧食乙醇的酶制劑的成本也經曆了從高到低的下降過程，酶制劑在成本中所占比例從30%～40%下降到了5%～10%。諾維信公司（Novozymes）在2012年推出了Avantec液化酶，在相同的工藝條件下，可提高乙醇産率2.5%，每生産1億加侖燃料乙醇可減少糧食消耗2.25萬噸。以甜高粱莖稈和木薯等非糧作物為原料的1.5代燃料乙醇，主要是利用作物中的糖類物質，采用生化工藝，通過糖發酵生産燃料乙醇。目前，以纖維素和其它廢棄物為原料的第2代燃料乙醇生産技術主要有生化法和熱化學法。纖維素生物發酵制燃料乙醇的技術路線包括預處理、纖維素水解和單糖發酵3個關鍵步驟。預處理方法分為物理法、化學法、物理化學法和生物法，目的是分離纖維素、半纖維素和木質素，增加纖維素與酶的接觸面積，提高酶解效率。物理方法包括機械粉碎、蒸汽爆碎、微波輻射和超聲波預處理；化學法一般采用酸、堿、次氯酸鈉、臭氧等試劑進行預處理，其中以NaOH和稀酸預處理研究較多；物理化學法包括蒸汽爆破和氨纖維爆破法；生物法是用白腐菌産生的酶類分解木質素。這些預處理方法各有其優缺點，今後的主要研究方向是繼續探索反應條件溫和、無有毒副産物和糖化效率高的預處理技術。纖維素酶成本較高的問題長期以來一直是阻礙纖維素乙醇産業發展的障礙。20世紀90年代，每加侖纖維素乙醇的酶成本約為5美元。為了降低酶費用，美國能源部為Novozymes公司和Genencor公司提供資金研究纖維素糖化酶，2012年Novozymes推出酶制劑産品Cellic CTec3，比其推出的上一代商業酶CTec2轉化效率提高了50%，并且提高了溫度和酸堿度的适應範圍，降低了纖維素乙醇的生産成本（由2.5美元/加侖降至2美元/加侖）。Genencor公司在2011年推出最新一代的纖維素複合酶Accellerase®TRIO産品，該酶同時含有外切葡聚糖酶，在Accellerse DUET基礎上，提高了處理高濃度底物的能力，酶用量可減少一半，最佳工作條件為pH值4.0～6.0，溫度40～57℃，可用于SSCF發酵工藝。丹麥DSM公司也推出了商業應用的纖維素水解酶，為Inbicon纖維素乙醇生産裝置提供酶産品。

纖維素乙醇生産工藝主要分為4種，包括分步水解與發酵工藝（SHF）、同步糖化發酵工藝（SSF）、同步糖化共發酵（SSCF）和直接微生物轉化工藝（DMC)。

其中SHF工藝是最先開發和應用最廣的纖維素乙醇技術，即纖維質原料首先利用纖維素酶水解後，再進行C5、C6糖發酵，可分别發酵，也可利用C5、C6共發酵菌株生産乙醇，該方法的缺點是随着酶水解産物的積累，會抑制水解反應完全。目前絕大多數商業裝置都采用SHF工藝，如加拿大Iogen、杜邦DDCE等。

同步糖化發酵工藝（SSF）是将纖維素酶解與葡萄糖乙醇發酵整合在同一個反應器内進行，酶解過程中産生的葡萄糖被微生物迅速利用，消除了糖對纖維素酶的反饋抑制作用。Abengoa Bioenergy在其330噸/年的中試裝置上采用了SSF技術。同步糖化和共發酵工藝（SSCF）利用C5糖和C6糖共發酵菌株進行酶解同步發酵，提高了底物轉化率，增加了乙醇産量。直接微生物轉化工藝（DMC）也稱為統合生物工藝（CBP），将木質纖維素的生産、酶水解和同步糖化發酵過程集合為一步進行，要求此微生物/微生物群既能産生纖維素酶，又能利用可發酵糖類生産乙醇。

目前Mascoma公司在其500噸/年的中試裝置上使用該技術，該公司利用酵母和細菌共同完成纖維素酶的生産和乙醇發酵過程，由于減少了酶生産單元，大大降低了生産費用，Mascoma公司和瓦萊羅公司合資建設的2000萬加侖/年商業規模纖維素乙醇工廠将使用CBP技術。法國Deinove公司與Tereos合作開發出一種稱作“奇球菌”的菌株，利用CBP技術，可直接将生物原料纖維素分解成單糖并轉化成乙醇，生物燃料生産成本有望降低20%～30%。合成氣生物轉化乙醇主要由原料氣化、合成氣預處理和合成氣發酵單元構成。生物轉化所需的合成氣原料與化學轉化過程相同，利用能夠以CO和H2為底物生長的微生物，通過厭氧發酵将合成氣轉化為燃料和化學品，合成氣生物轉化的反應條件溫和、反應副産物少、合成氣原料要求低、對原料氣中的硫化物耐受性強，目前已經從自然界分離出了多株适合合成氣發酵的菌株。Coskata公司開發了利用合成氣發酵制乙醇的技術，2009年該公司在美國賓西法尼亞州建成4萬加侖/年的工業示範裝置，截至目前，該裝置已經運轉2年，其氣化1噸生物質原料可生産0.3噸燃料乙醇。

LanzaTech公司開發了利用鋼廠廢氣（CO）發酵生産乙醇的技術，在新西蘭建立了1m3的中試裝置，并與寶鋼合資建成了300噸/年示範裝置。英力士公司則開發了垃圾氣化制合成氣，合成氣生物發酵生産燃料乙醇的技術，并已經在美國佛羅裡達建成2.4萬噸/年燃料乙醇生産裝置，該裝置以當地的蔬菜廢棄物為原料，采用兩級氣化工藝制備合成氣，合成氣經淨化、微生物發酵和精餾得到燃料乙醇産品。該裝置無需使用化石燃料，不但能夠生産800萬加侖/年燃料乙醇，而且能夠産生6MW的電能，在裝置自給的情況下還能外送1～2MW電能。英力士公司目前正在英國的Seal Sands建設其15萬噸/年的商業裝置，該裝置将副産43MW的電能，預計可外送電能24MW。

合成氣發酵制燃料乙醇相比于生物化學法，原料來源廣泛，既可以利用單一生物質原料，也可使用多種原料的混合物，如生物質、石油焦、城市垃圾和煤炭等原料，無需複雜的預處理單元和使用昂貴的生物酶；原料利用率高，纖維素、半纖維素和木質素都可以氣化，達到了利用全部木質纖維素原料的目的。

但目前生物質氣化技術尚不成熟，氣化效率較低，直接制約了生物質熱化學技術的應用，合成氣轉化過程還需要繼續改進提高生産穩定性，也是目前需要解決的主要問題。美國ZeaChem公司開發的乙醇生産技術是将木質纖維素水解得到葡萄糖和木糖，利用乙酸發酵菌将糖轉化為乙酸，乙酸酯化得到乙酸乙酯，加氫後得到乙醇産品，氫氣由酸水解得到的木質素氣化生産。該技術的優點在于可以利用整個木質纖維素，提高了原料利用率，每噸幹物質的乙醇産量可達160加侖，相比于其它工藝，乙醇産率提高了50%。

該公司2012年底完成了其25萬加侖/年纖維素乙醇生産裝置的設備施工。此外合成生物學也是目前研究的熱點，如美國LS9公司通過對微生物的基因改造，可将底物直接轉化為多種化學品。除了以上燃料乙醇生産技術外，還可直接将太陽能轉化為燃料乙醇。美國Joule公司開發的Liquid Solar Energy技術在微生物的作用下能夠直接将陽光和CO2轉化為乙醇和其它燃料産品，目标成本為1.28美元/加侖，預計2014年将實現商業應用。美國Algenol公司開發了光合制乙醇技術，利用藍藻在封閉光生物反應器（PBRS）中的光合作用直接生産乙醇，乙醇從藻類培養液中蒸發，冷凝收集後，提純至燃料級乙醇。該工藝不但能夠産生乙醇，還能産生純淨水。目前該公司與陶氏化學合作在佛羅裡達州建設10萬加侖/年燃料乙醇生産裝置。

世界燃料乙醇産業發展現狀

以糧食為原料的第1代燃料乙醇由于存在成本過高、對土地和糧食安全造成威脅等問題而備受争議。

樂施會（Oxfam）的研究表明，以糧食為原料的生物燃料推高了糧食價格，并大量占用土地資源，過去十年中亞洲、非洲和拉美有60%的新開發土地被用于生産生物燃料。傳統生物燃料“與糧争地，與人争糧”。歐盟為了減少因使用以糧食為原料的生物燃料對社會和環境帶來的負面影響，2012年10月公布了新生物燃料法令限制使用糧食生産生物燃料，到2020年，以糧食為原料的生物燃料的使用比例不得超過5%。

目前第1代生物燃料占歐盟交通運輸領域能源消耗總量的4.5%。美國2011年燃料乙醇消耗的玉米達50.5億蒲式耳（1.28億噸），相當于美國當年玉米總産量的40%左右，占全球玉米産量的25%。2011年美國國會取消了持續多年的乙醇調和稅收減免政策（減免45美分/加侖）和進口關稅（54美分/加侖）。2012年夏天，美國發生了56年來最嚴重的幹旱，玉米産量下降了20%，降至2010年來最低水平，導緻玉米價格上漲48%。由于美國的玉米乙醇産量下降，巴西乙醇32年來首次直接進入美國市場。巴西2010/2011和2011/2012榨季也曾面臨因蔗糖産量下降而導緻的燃料乙醇産量下降，并且在2011年将乙醇汽油中乙醇的調和比例從25%降低至20%。

由于糧食乙醇存在“與糧争地，與人争糧”問題，因此世界許多國家和地區均加快了非糧燃料乙醇的産業發展步伐。歐洲目前正鼓勵新能源企業利用垃圾、麥稈和藻類等非糧食原料開發新一代生物燃料，而不改變其2009年制定的到2020年境内交通運輸領域能耗的10%為可再生能源的目标。新法令規定隻有以非糧原料制備的第2代生物燃料才可能在未來獲得補貼。

2011年8月，美國政府推出了一項總額為5.1億美元的補貼計劃，由農業部、能源部和海軍共同投資推動美國第2代生物燃料的生産開發進程。2012年8月美國政府宣布，對纖維素燃料産品提供每加侖1.01美元，對生物柴油每加侖1美元的聯邦稅收減免。對于纖維素燃料的減免政策還将延伸至利用藻類、藍細菌或浮萍（多種浮萍）煉制的燃料。而巴西目前正在開發蔗渣制燃料乙醇和新一代的含糖木薯制燃料乙醇技術。

中國燃料乙醇産業發展現狀

“十一五”期間，中國燃料乙醇産業在《可再生能源法》的推動下發展較快，燃料乙醇使用量從2005年的102萬噸增加到2010年的180萬噸。根據《可再生能源發展“十二五”規劃》，到2015年生物燃料乙醇利用量要達到400萬噸。2012年前中國共有5家燃料乙醇企業，除廣西木薯制乙醇外，其它4家均采用糧食為生産原料。

2012年國家批複了山東龍力5.15萬噸/年纖維素燃料乙醇項目和中興能源10萬噸/年甜高粱莖稈燃料乙醇項目。在技術研發方面，啟動了“十二五”國家科技支撐計劃項目——非糧燃料乙醇關鍵技術開發與示範課題，并在進行國家科技支撐計劃項目“生物液體燃料科技工程”中“千噸級生物質氣化合成液體燃料關鍵技術與示範”的研究工作；北京化工大學通過基因重組技術研發出一種新型重組釀酒酵母，可利用CBP工藝生産纖維素乙醇；中科院過程工程研究所進行了葛根、紅薯直接固态發酵生産燃料乙醇技術的研究；中科院山西煤炭化學研究所在“合成氣制低碳混合醇新型催化劑及配套工藝技術”研究方面都取得了較好的效果。

很多企業，如河南天冠企業集團有限公司、中糧生化能源（肇東）和山東龍力生物科技股份有限公司等企業都積極開展纖維素乙醇的工業示範；新西蘭Lanzatech公司與寶鋼集團有限公司合資建設上海寶鋼朗澤新能源有限公司，并建成了300噸/年的合成氣發酵制乙醇中試裝置。中國首鋼集團、台灣“中鋼”公司和李長榮化學工業股份有限公司也将與Lanzatech合作建立中試裝置。中國在建和計劃建設的非糧燃料乙醇項目也很多：中國石油吉林燃料乙醇公司、華立集團計劃聯合在浙江省舟山市建設以進口木薯幹為原料的30萬噸/年燃料乙醇項目；中國石油吉林燃料乙醇公司引進芬蘭科伯利公司的技術，拟建設玉米稭稈制乙醇工業化項目；中國石化拟與中糧集團及諾維信公司（Novozymes）于近期開始在中國合作建設12萬噸/年纖維素乙醇項目，項目正在審批中。美國杜邦公司和大唐新能源有限公司也有意向在吉林建設第2代生物燃料乙醇項目。同時，多個葛根制乙醇項目也在計劃中。

安全措施

主要危害

本品為中樞神經系統抑制劑。首先引起興奮，随後抑制。

乙醇易燃，具刺激性。其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑接觸發生化學反應或引起燃燒。在火場中，受熱的容器有爆炸危險。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇火源會着火回燃。

急性中毒：急性中毒多發生于口服。一般可分為興奮、催眠、麻醉、窒息四階段。患者進入第三或第四階段，出現意識喪失、瞳孔擴大、呼吸不規律、休克、心力循環衰竭及呼吸停止。

慢性影響：在生産中長期接觸高濃度本品可引起鼻、眼、粘膜刺激症狀，以及頭痛、頭暈、疲乏、易激動、震顫、惡心等。

長期酗酒可引起多發性神經病、慢性胃炎、脂肪肝、肝硬化、心肌損害、器質性精神病等。

皮膚長期接觸可引起幹燥、脫屑、皲裂和皮炎。

乙醇具有成瘾性及緻癌性。但乙醇并不是直接導緻癌症的物質，而是緻癌物質普遍溶于乙醇。

在中國傳統醫藥觀點上，乙醇有促進人體吸收藥物的功能，并能促進血液循環，治療虛冷症狀。藥酒便是依照此原理制備出來的。

危害防治

皮膚接觸：脫去污染的衣着，用肥皂水和清水徹底沖洗皮膚。

眼睛接觸：提起眼睑，用流動清水或生理鹽水沖洗。就醫。

吸入：迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸。就醫。

食入：飲足量溫水，催吐。就醫。

工程控制：密閉操作，加強通風。

呼吸系統防護：一般不需要特殊防護，高濃度接觸時可佩帶過濾式防毒面具（半面罩）。

眼睛防護：戴化學安全防護眼鏡。

身體防護：穿膠布防毒衣。

手防護：戴橡膠手套。

其他防護：工作完畢，淋浴更衣。保持良好的衛生習慣。

洩漏：迅速撤離洩漏污染區人員至安全區，并進行隔離，嚴格限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿消防防護服。盡可能切斷洩漏源，防止進入下水道、排洪溝等限制性空間。

小量洩漏：用砂土或其它不燃材料吸附或吸收。也可用大量水沖洗，洗水稀釋後放入廢水系統。

大量洩漏：構築圍堤或挖坑收容；用泡沫覆蓋，降低蒸氣災害。用防爆泵轉移至槽車或專用收集器内，回收或運至廢物處理場所處置。

滅火方法：抗溶性泡沫、幹粉、二氧化碳、砂土。

滅火注意事項：盡可能将容器從火場移至空曠處。噴水保持容器冷卻，直至滅火結束。

實驗室使用及滅火

應使用火柴點燃，不能用兩個酒精燈對點，否則容易使酒精燈内的酒精燃燒。

使用完畢後，應用燈帽将火蓋滅。嚴禁用嘴吹。

如不慎将酒精灑出并引燃，則應用濕抹布或用沙子将其蓋滅。

毒理資料

毒性：低毒。急性毒性：LD50 7060mg/kg(大鼠經口)；7340 mg/kg(兔經皮)；LC50 37620 mg/m³，10小時(大鼠吸入)；人吸入4.3 mg/L×50分鐘，頭面部發熱，四肢發涼，頭痛；人吸入2.6 mg/L×39分鐘，頭痛，無後作用。

刺激性：家兔經眼：500mg，重度刺激。家兔經皮開放性刺激試驗：15 mg/24小時，輕度刺激。

亞急性和慢性毒性：大鼠經口10.2 g/(kg·天)、12周：體重下降，脂肪肝。

緻突變性：（微生物緻突變）鼠傷寒沙門氏菌陰性。

顯性緻死試驗：小鼠經口1～1.5g/(kg·天)，2周，陽性。

生殖毒性：大鼠腹腔最低中毒濃度(TDL0)：7.5g/kg(孕9天)，緻畸陽性。

緻癌性：小鼠經口最低中毒劑量(TDL0)：340mg/kg(57周，間斷)，緻癌陽性。

儲存運輸

儲存方法

螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑料瓶或金屬桶（罐）外普通木箱；螺紋口玻璃瓶、塑料瓶或鍍錫薄鋼闆桶（罐）外滿底闆花格箱、纖維闆箱或膠合闆箱。

小開口鋼桶；小開口鋁桶；螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑料瓶或金屬桶（罐）外木闆箱。

包裝類别：O53；Ⅱ類

包裝标志：易燃品；7

運輸方法

鐵路運輸時應嚴格按照鐵道部《危險貨物運輸規則》中的危險貨物配裝表進行配裝。運輸時單獨裝運，運輸過程中要确保容器不洩漏、不倒塌、不墜落、不損壞。運輸時運輸車輛應配備相應品種和數量的消防器材。嚴禁與酸類、易燃物、有機物、氧化劑、自燃物品、遇濕易燃物品等并車混運。運輸時車速不宜過快，不得強行超車。運輸車輛裝卸前後，均應徹底清掃、洗淨，嚴禁混入有機物。儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不超過30℃，相對濕度不超過80%。包裝要求密封，不可與空氣接觸。應與還原劑、活性金屬粉末、酸類、食用化學品分開存放，切忌混儲。儲區應備有合适的材料收容洩漏物。

儲存于陰涼、通風倉間内。遠離火種、熱源。倉内溫度不宜超過30℃。防止陽光直射。保持容器密封。應與氧化劑分開存放。儲存間内的照明、通風等設施應采用防爆型，開關設在倉外。配備相應品種和數量的消防器材。桶裝堆垛不可過大，應留牆距、頂距、柱距及必要的防火檢查走道。儲罐時要有防火防爆技術措施。露天儲罐夏季要有降溫措施。禁止使用易産生火花的機械設備和工具。灌裝時應注意流速（不超過3m/s），且有接地裝置，防止靜電積聚。