论文部分内容阅读
能源的开发与利用是人类社会和工业经济发展的基础。随着能源消费量的持续增长,能源紧缺成为世界各国亟需解决的重大难题。纤维素乙醇因具备绿色、清洁、可再生等优点,被认为是理想的化石能源替代品。然而,目前针对纤维素乙醇缺少具有明显优势的工业化生产工艺,多数工艺开发与技术研究仍停留在实验室规模,此外,成套工艺的技术和经济性研究也比较缺乏,这些都严重阻碍了纤维素乙醇工业的发展。为此,本文选用产量丰富、价格低廉的玉米秸秆为原料,针对不同的预处理工艺构建完整的纤维素乙醇生产工艺流程,并通过能量集成对模拟流程进行优化,然后对工艺流程进行技术经济分析和比较。具体研究内容如下：(1)对三种纤维素乙醇工艺流程进行模拟计算。针对稀酸法、氨纤维爆破法、液态热水法预处理工艺,分别建立了日处理2000吨玉米秸秆原料的纤维素乙醇生产工艺流程,其中囊括了预处理、酶水解与发酵、分离与纯化、废水处理、原辅料及产品储存、热电联产和公用工程等工段,并在Aspen Plus平台上实现了全流程模拟。三种工艺的模拟乙醇产量分别为16.61万吨/年、15.25万吨/年和14.96万吨/年；通过对换热网络进行优化集成,使三种工艺的能量回收率分别达到32.13%、25.15%、34.43%。(2)对构建的三种纤维素乙醇生产工艺流程进行经济分析和比较。首先,对纤维素乙醇生产过程中所需的设备投资进行详细计算,并估算了工艺流程的总投资费用和总运营成本；然后对纤维素乙醇生产项目的投资方案参数进行了设置,在此基础上对纤维素乙醇生产工艺进行折现现金流分析,得到纤维素乙醇项目净现值为零(盈亏平衡极限)时,纤维素乙醇产品最低出厂价格。经过计算得出,三种工艺的项目总投资费用分别为28.47亿元、28.56亿元、29.02亿元；单位体积乙醇的运营成本分别为2.59元/升、2.74元/升和2.64元/升；纤维素乙醇生产项目的寿命年限内,盈亏平衡极限情况下,纤维素乙醇产品的最低出厂价格(MESP)分别为4.32元/升、4.62元/升和4.59元/升。由此可知,三种工艺中以稀酸工艺的经济性最好,氨纤维爆破工艺最差,但三者差距不大,且原料价格在MESP中占比重最大。通过灵敏度分析,发现玉米秸秆价格变化对稀酸工艺成本的影响最小,而对氨纤维素爆破工艺和液态热水工艺的影响差别不大。