年产9万t杨木屑燃料乙醇工厂的设计文献综述

 2022-05-11 20:46:07

1 前言

1.1研究背景

随着现代工业的发展和世界人口的激增，能源危机日趋加剧。专家估计，可开采石油储量仅还可供人类使用大约50年，天然气还可用75年，而煤炭则为200~300年。目前，世界各国纷纷展开对新能源，特别是可再生生物能源的研究与开发。生物能源主要有生物乙醇、生物柴油、沼气、氢气和燃料电池等，其中以生物乙醇的研究与生产最引人注目。生物法生产的乙醇在一些国家和地区正广泛使用。巴西每年以甘蔗作为原料，生产1100万吨燃料乙醇。美国则每年大约生产550万吨以上的燃料乙醇。目前我国乙醇年产量为300多万吨，仅次于巴西、美国，位列世界第三[1]，其中用发酵法生产乙醇占绝对优势，80%左右的乙醇用淀粉质原料，10%的乙醇用废糖蜜生产，而以纤维素原料生产的乙醇仅仅约占2%左右。

木质纤维原料是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。全世界每年通过光合作用产生的木质纤维生物质高达1000亿吨，其中89%目前尚未被人类利用。我国的木质纤维原料也非常丰富,每年仅农作物秸秆就有7亿多吨，加上数量巨大的林业纤维废料和工业纤维废渣，每年可利用的木质纤维原料总量可达20亿吨以上。木质纤维原料中纤维素约占千重的35~45%，半纤维素约占20~40%，采用适宜技术将它们水解成可发酵性糖，进一步发酵生产乙醇,有可能改变传统的生产方式，对我国经济和社会的可持续发展具有十分重大的意义。我国大部分地区依靠秸秆和林副产品作燃料，或将秸秆在田间直接焚烧，不仅破坏了开展纤维素类再生资源转化生产酒精等产品的生态平衡，污染了环境，而且由于秸秆燃烧的能量利用率低，造成资源严重浪费[2]。

尽管酒精燃烧时产生的热能比汽油低( 酒精为22.1MJ/L、汽油为34.3MJ/L)，但它是可再生的能源，具有环保特性，是汽油所不能比拟的；酒精的辛烷值比汽油高许多，既是抗爆剂，又是助燃剂，所以用乙醇作燃料不用再添加4-乙基铅或MTBE，就可成为高标号燃料油，可减少大气中铅的污染。用酒精作燃料不会增加大气中二氧化碳含量，可显著缓解地球温室效应以及改善地球气候环境。自上个世纪以来，随着世界人口的增加及更多国家的工业化,能源消耗也日趋增加。面对即将到来的能源危机，世界许多国家的研究机构，已深入开展纤维素类再生资源转化生产酒精等产品的研究工作。经济分析结果显示，纤维素物料生产酒精的成本已接近以粮食为原料生产酒精的成本。利用废弃纤维素物质代替粮食生产酒精的研究工作方兴未艾，前景广阔。

1.2立题依据

本设计建设规模为年产9万吨燃料乙醇的工厂，酒精质量含量要求达到95%（质量含量），产品质量符合国家燃料酒精标准（GB–4927-85）,技术经济指标达到国家发酵行业酒精国家级标准中的国家二级企业标准。设计采用杨木屑为基本生产原料，采用稀酸蒸汽爆破预处理、纤维素酶水解、戊糖己糖同步酒精发酵（间歇发酵）和二塔酒精蒸馏工艺。

2 文献综述

2.1国际纤维素燃料乙醇工业化发展现状

美国以纤维素制乙醇的技术开发较早。美国能源部1999年提出计划，到2015年把燃料乙醇的成本降低36%，并拟定了开发方向:研发转基因技术，使产纤维素酶酵母的活性比现有水平提高10倍以上；完善同步糖化发酵法(SSF)和并行糖化共发酵法(SSCF,即糖化和五碳糖、六碳糖的共同发酵)的技术；选育纤维素直接发酵菌的菌种,用以开发直接发酵法(DMC)[3]。1999年，美国可再生能源研究所和有关开发企业的关键的发酵技术已达到相当高的水平，但尚存在一些问题。当时，用纤维素降解的糖化液中糖的浓度可达12%~20%，发酵液中乙醇的浓度可达6%~ 10%，其中用酵母对糖蜜发酵，间歇式工艺所产的乙醇的浓度为12%~ 13%，而连续式工艺仅8%~11%。乙醇发酵微生物的耐反应性十分重要,特别是在乙醇的长期连续发酵过程中，控制不好，容易发生由乳酸菌引起的杂菌污染，并导致发酵液的pH值下降、乙醇的回收率下降。美国政府曾规划在2001~2003 年期间利用稻壳、甘蔗渣、生活有机垃圾、林业废物等以纤维素为主的生物质为原料,建设6个年产5~7.6万KL的燃料乙醇工厂。但以纤维素制乙醇的工业规模技术一直未达到成熟，而以玉米生产燃料乙醇的技术已充分成熟、原料充裕，增产较容易，故美国有关纤维素发酵生产燃料乙醇的工艺研发有所停顿。

日本政府积极促进纤维素制乙醇技术的发展，制定的原则措施包括：通过新能源产业技术综合开发机构(NEDC)委托，以日本酒精协会为主的各有关企业进行为期5年的开发，经费全部由政府补助，开发成果可用于建设商业化生产项目，以适应乙醇代油和减排CO₂的需要分号采取以企业为主，有关大学积极参与的方针，即大学等科研单位接受企业的再委托，对专业性强的基础技术进行研究开发；选择在某项技术方面有优势的单位，吸引日本国内外相关优势企业参与研发。日本建立了较完善的与纤维素燃料乙醇相关的研发体系：日本酒精协会负责项目的综合调整和工艺系统的最优化研究；日辉公司负责前处理、糖化和发酵技术开发，其中有关发酵技术和纤维素酶育种委托大阪府大学、长冈科技大学、京都大学、神户大学工学院、熊本大学工学院和鸟取大学等大学进行专题研究；关西油漆公司进行凝集性酵母滴虫的技术开发；NRI公司开发乙醇膜脱水技术，由静冈大学评价脱水膜的特性;由德国产业技术综合研究所进行发酵液中乙醇的膜分离技术的开发。在民间开发方面，日本有不少企业开展了利用废木屑制燃料乙醇的技术开发。日本粮食公司发明的方法颇具特色，该法先将废木材破碎为数亳米的碎片，再用臭氧处理，然后放入自行开发的酶将木材中的纤维素和半纤维素加水分解为葡萄糖，最后经酵母菌发酵成乙醇。该项目投资5亿日元已于2003年5月建成进行工业试生产，目前日产乙醇2.5吨。试生产成功后拟建200t/d的商用纤维素乙醇装置，成本目标定在25日元/L，将低于美国现有水平[4]。

我国在“十五”规划中也制定了发展燃料乙醇的规划。规划方案分为三步:第一步先在吉林、河南、黑龙江等省以玉米为原料生产燃料乙醇，并作为含氧添加剂在汽油中掺入10%，这一目标已初步实现；第二步在有条件的省区利用当地优势资源(如早籼稻、甘薯和甘蔗等生产燃料乙醇)；第三步就是利用植物秸秆、稻壳等纤维素生产燃料乙醇，并全面推广。

2.2我国纤维素燃料乙醇工业化发展现状

目前我国有一些科研机构、大学和企业在这方面也开始了研发工作，取得了一些进展。2006年6月，河南天冠集团建成投产了我国首条秸秆乙醇中试生产线，标志着我国在生物质能源利用领域已跻身世界行列。目前，一条年产300 t乙醇的中试生产线已建成投产，6t麦秸可变成1 t乙醇。“十一五”期间，该集团以秸秆生产乙醇的成本可望与粮食生产乙醇基本持平。上海华东理工大学能源化工系，承担国家863项目的“农林废弃物制取燃料乙醇技术”研究，近年己进入工业性试验阶段。在上海奉贤已建成年产燃料乙醇600 t 的示范工厂，接下来的问题就是如何产业化。按照现在的技术，每吨燃料乙醇的生产成本在5500元左右，如果国家不补贴，就没有多少市场竞争力。因此，还必须在降低成本上下功夫。吉林轻工业设计研究院(内有联合国援华玉米深加工研究中心)吉林沱牌农产品开发司与丹麦瑞速国家实验室合作研究“玉米秸秆湿氧化预处理生产乙醇”，2003年开始，2005 年阶段性鉴定，规模为10L发酵罐，阶段性试验结果为：在实验室条件下，玉米秆经湿氧化预处理后纤维素得率78.2%~ 83.6%；酶水解后酶解率86.4%；糖转化为乙醇产率48.2%。在只利用六碳糖的情况下(即五碳糖尚未利用)，7.88t玉米秆产1t乙醇。河北农业大学食品科技学院实验室研究用CO₂爆破法对纤维物质预处理后用稀酸水解半纤维素，然后用酶法水解纤维素转化为单糖，发酵乙醇。

江南大学生物工程系实验室试验:以玉米芯先用浓酸处理后稀酸水解得糖率81%，石灰中和后，接种酵母发酵生产乙醇，题为“酸两步水解法”。山东大学微生物技术国家重点实验室开展“纤维素原料转化乙醇关键技术”研究。对预处理方法试验：酸水解工艺、蒸汽爆破、低温氨爆破等方法，对纤维素酶高产菌的筛选和诱变育种、用基因手段提高产酶量或改进酶系组成、纤维素酶生产技术、天然废物利用策略等研究。目前中国在乙醇生产过程中，虽然应用的是可再生原料，但是在乙醇生产过程中需要消耗大量的化石能源,生产折合1t标准煤计量的乙醇,需要消耗约0.8t的标准煤。从这个意义讲，燃料乙醇的生产更多意义.上是化石燃料的形式转化，还不能称之为绿色能源，目前中国煤的价格较低，因此生产乙醇还有一定的发展空间，但以消耗大量的化石能源生产燃料乙醇不具有可持续发展的意义。

剩余内容已隐藏，您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容！立即支付

以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章