【摘要】：燃料乙醇是一種重要的生物質(zhì)能源,由于其清潔、可再生等諸多優(yōu)勢受到了越來越多的關(guān)注,已經(jīng)成為國內(nèi)外能源領(lǐng)域的研究熱點,并有望成為“后石油時代”中新能源的主力軍。然而,燃料乙醇的產(chǎn)業(yè)化依然面臨許多挑戰(zhàn)。目前,工業(yè)生產(chǎn)燃料乙醇主要使用糧食淀粉(玉米、小麥等)、甘蔗以及其它富含糖類的原料,處于“與人爭糧”的窘境之中,從長遠角度來看難以實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。在備選的生產(chǎn)原料中,木質(zhì)纖維素不但來源廣泛,而且其生產(chǎn)燃料乙醇的過程本身可有效地緩解環(huán)境污染,從而倍受全球能源研究領(lǐng)域的關(guān)注。在我國,玉米秸稈纖維素原料的來源非常豐富,通過纖維素酶催化生產(chǎn)燃料乙醇的研究具有廣闊的應用前景。本論文針對目前木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇過程中存在的生產(chǎn)成本過高以及纖維素原料到燃料乙醇的轉(zhuǎn)化率較低等問題,對玉米秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的工藝流程進行選擇優(yōu)化,在利用玉米秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的同時,充分考慮其它副產(chǎn)物資源的利用,并對此生產(chǎn)過程進行了技術(shù)經(jīng)濟分析；此后,在原料成分分析的基礎上,我們進一步開發(fā)了木質(zhì)纖維素原料玉米秸稈及玉米芯與玉米淀粉混合作為原料的新型發(fā)酵工藝,并分別對其進行了初步的實驗優(yōu)化和技術(shù)經(jīng)濟分析,以期為木質(zhì)纖維素燃料乙醇工藝提供科學指導與技術(shù)支撐。 首先,考察了以玉米秸稈為原料生產(chǎn)燃料乙醇的工藝流程,對年產(chǎn)5萬噸燃料乙醇的生產(chǎn)工藝進行了技術(shù)經(jīng)濟和敏感性分析。蒸餾能耗分析表明,當發(fā)酵醪中乙醇濃度高于4%(ω)時蒸餾的能耗比較低；年產(chǎn)5萬噸燃料乙醇的直接固定成本約1.37億元,乙醇的最低成本為8425元/噸；該工藝能副產(chǎn)3.75萬噸CO2和215噸雜醇油,可帶來額外收益2386萬元。經(jīng)濟敏感性分析表明,纖維素酶價格對生產(chǎn)成本的影響較顯著,副產(chǎn)物CO2的回收利用可明顯增加收益；對工藝中各個過程之間進行能量集成有望降低成本；此外,隨著纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)化進程的推進,生物煉制過程的成本可進一步降低。 其次,探索了以玉米秸稈和淀粉糖漿混合物為原料進行發(fā)酵產(chǎn)乙醇的可行性。對玉米秸稈中木質(zhì)纖維素的含量進行了測定,并優(yōu)化了玉米秸稈的預處理工藝。此后,通過實驗比較了以玉米淀粉、玉米秸稈以及兩者混合物為原料的發(fā)酵工藝。結(jié)果表明,混合原料發(fā)酵的乙醇產(chǎn)量高達66.4g/L,遠高于其它兩條工藝路線,因此以玉米淀粉糖漿和玉米秸稈混合物為原料發(fā)酵產(chǎn)乙醇的第1.5代燃料乙醇的關(guān)鍵過程是可行的。在此基礎上,對上述三種工藝路線進行了單位生產(chǎn)成本估算,其中玉米秸稈和混合原料發(fā)酵的工藝成本比較接近,表明以混合原料取代玉米淀粉發(fā)酵,從而在一定限度內(nèi)避免“與人爭糧”的窘境是完全可行的。 再次,還探索了以玉米芯和淀粉糖漿混合物為原料進行發(fā)酵產(chǎn)乙醇的可行性。對酸解前后玉米芯木質(zhì)纖維素的含量進行了測定,結(jié)果表明酸解預處理后的玉米芯纖維殘渣在化學組成上發(fā)生了一定的變化,其中半纖維素含量變化較大,由41.5%降低到7.7%,木質(zhì)素含量變化不大,由7.8%變?yōu)?1.6%。此后,優(yōu)化了玉米芯的酶解條件,并在此基礎上對以玉米淀粉糖漿、玉米芯以及兩者的混合物為原料發(fā)酵產(chǎn)乙醇的生產(chǎn)工藝進行了初步探索,玉米芯混合原料酶解后還原糖濃度為198.62g/L,葡萄糖濃度為87g/L,發(fā)酵產(chǎn)生乙醇濃度為50.86g/L,比玉米淀粉糖漿得到的乙醇濃度提高了5.3%。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TQ223.122

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張超;陳文兵;王靜;魏天迪;;利用廢棄物原料生產(chǎn)燃料乙醇的研究進展[J];氨基酸和生物資源;2013年02期

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本文編號：2680061