【摘要】：隨著全球化能源需求量的日益增加,能源緊缺已經(jīng)成為世界各國面臨的普遍難題。燃料乙醇作為一種綠色、可再生能源,對環(huán)境污染小,有利于改善大氣環(huán)境。而纖維素生物質(zhì)因其來源廣、價格低廉是化石燃料最理想的替代品。但用木質(zhì)纖維生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇存在很多不足之處,如工藝復(fù)雜、工藝不成熟、能耗和水耗大、成本高等,使得纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)并未大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。本課題根據(jù)吉林農(nóng)作物種植情況,選擇玉米秸稈為生物質(zhì),重點進行了纖維素乙醇生產(chǎn)工藝流程構(gòu)建、工藝熱集成和技術(shù)經(jīng)濟分析,為工藝選擇和評價提供有效、可量化的基礎(chǔ)設(shè)計數(shù)據(jù),為產(chǎn)業(yè)化纖維素乙醇生產(chǎn)技術(shù)的過程設(shè)計、操作優(yōu)化及技術(shù)經(jīng)濟評價提供參考。具體包括如下幾方面研究： (1)建立以玉米秸稈為原料的纖維素乙醇生產(chǎn)工藝并進行了流程模擬：本文首先對適用于玉米秸稈的幾種典型的預(yù)處理方法進行工藝設(shè)計和對比,最終選擇處理效果較好的酸預(yù)處理法,脫毒部分采用氨水替代Ca(OH)2,并簡化了工藝流程。然后采用化工流程模擬軟件Aspen Plus的物性估算功能對缺少物性參數(shù)的生物質(zhì)組分進行物性估算；之后在Aspen Plus平臺上建立年產(chǎn)3萬噸纖維素乙醇的生產(chǎn)工藝模型,并進行嚴格的物料衡算、水耗分析。結(jié)果表明年產(chǎn)3萬噸纖維素乙醇生產(chǎn)過程年消耗玉米秸稈14.4萬噸,每噸乙醇消耗水量和廢水排量分別為5.5噸和7.7噸。 (2)為了降低整個工藝的能耗,應(yīng)用能量分析軟件Aspen Energy Analyzer對整個工藝進行熱集成,提出熱集成方案,并進行工況分析。熱集成結(jié)果表明,集成后系統(tǒng)能耗由77887.2kW降為52510kW,節(jié)能潛力為32.6%。纖維素乙醇生產(chǎn)工藝的工況分析考察了預(yù)處理過程總固形物含量(質(zhì)量分數(shù)10%-34%)對整個工藝水耗和能耗的影響,結(jié)果表明,隨總固形物含量從10%升高到34%,水耗降低了56%。能耗先降低后升高。 (3)對上述建立的纖維素乙醇生產(chǎn)工藝流程進行經(jīng)濟性分析,首先進行了項目總投資估算、總生產(chǎn)成本估算,然后通過靜態(tài)分析、動態(tài)分析和盈虧平衡分析對整個工藝進行財務(wù)評價,并對影響纖維素乙醇生產(chǎn)工藝收益的關(guān)鍵因素進行了靈敏度分析。結(jié)果表明,項目的總投資費用為47551萬元,每噸纖維素乙醇的總生產(chǎn)成本為6987.4元；財務(wù)分析可知本文設(shè)計的稀酸預(yù)處理纖維素乙醇生產(chǎn)工藝經(jīng)濟性可行,靈敏度分析可知,當玉米秸稈價格超過651.6元／噸時,纖維素乙醇生產(chǎn)的凈利潤為零。燃料乙醇售價低于4.34元／升時,凈利潤為零。
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同時保證較好的經(jīng)濟性[6，18]。圖1.1為木質(zhì)纖維生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖，，表1.2為目前國內(nèi)外研究較多的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的主要組成成分。其中硬木的纖維素含量較高，軟木的木質(zhì)素含量較多，農(nóng)業(yè)廢棄物普遍含半纖維素較多。\ T 卞Z ：7| Hemlcellulosekx^ CelluloseI I '^ 圖1.1纖維素生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)_Fig. 1.1 Schematic structure of lignocellulosic materials-5 -

圖1.2 SHF和SSF發(fā)酵方式對纖維素乙醇生產(chǎn)的總成本的影響Fig. 1.2 The impact of different fermentation methods on total c..J 20 \ S JQ I . —ftl ' ‘0 -} 1 ——1 {till?012 3 45678Ethanol feed concentration (% [w/w])圖1.3乙醇蒸館過程的能耗(乙醇濃度蒸a髦

本文編號：2665340