木质纤维素类生物质转化为液体燃料的能源-环境-经济综合评价

发布时间：2021-08-12 15:15

　　我国木质纤维素类生物质资源丰富,而石油资源相对贫乏,通过木质纤维素类生物质制取液体燃料,不仅是废弃物的资源化利用,还对我国能源安全具有重要意义。目前木质纤维素类生物质液化各项技术均进展缓慢,从宏观角度确定制约应用的突破点和难点,有利于产业发展和商业进步。从能源-环境-经济三个维度,选择技术相对成熟的三条路线作为研究对象:生物化学转化制取纤维素乙醇、快速热解超临界乙醇提质制取生物油、气化费托合成制取生物航空燃料。在Aspen plus软件上分别建立对应的工艺仿真模型,获得相应的物流、能流和热力学数据作为后续分析计算的基础。能量利用方面,应用?分析方法,计算了生物液体燃料生产过程各环节的支付?、收益?、?效率和?损失。结果表明,系统外部?损较小,主要?损来自系统内部不可逆因素。三者的能量转化率分别是42.40%、47.37%和37.44%,?效率分别是45.09%、59.02%、40.74%。环境效益方面,应用全生命周期方法,计算了生产上游、生产过程、生产下游各环节的环境影响潜值。结果表明,三条路线相对于化石汽油均有较好的环境表现,其中生物航煤环境性最优。此外,用可再生氢和生物乙醇替代化石... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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中国2018年能源生产与消费结构

浙江大学硕士学位论文绪论3图1.2现代生物质能利用方式分类1.2国内外研究现状1.2.1木质纤维素类生物质液化技术研究1.2.1.1生物质醇类燃料生物醇类，尤其是生物乙醇，被视为最有前景的替代燃料之一，已经在我国乃至世界范围内通过掺入汽油开始推广使用。生物乙醇是一种环境友好型含氧燃料，因为它含有34.7％的氧，而汽油中不含氧，导致乙醇的燃烧效率比汽油高约15％[6]，从而减少了颗粒和氮氧化物的排放。与汽油相比，乙醇的硫含量可以忽略不计，这两种燃料的混合有助于降低燃料中的硫含量以及硫氧化物的排放，硫氧化物是一种致癌物质，还会导致酸雨等环境问题。生物乙醇也是甲基叔丁基醚（MTBE）的更安全的替代品，甲基叔丁基醚通常用作汽油的辛烷值增强剂，并添加到汽油中以进行清洁燃烧，从而减少一氧化碳和二氧化碳的产生[7]。从糖和淀粉获得的乙醇被称为第一代生物乙醇，而源于木质纤维素生物质和藻类的分别称为第二代和第三代生物乙醇。第一代生物乙醇已有商业化应用，但由于“与人争粮、与粮争地”等问题仍具有较大争议，本文研究的是第二代生物乙醇，主要是纤维素乙醇，主要原理如图1.3所示。发展纤维素乙醇无需额外的土地利用，也不会干扰粮食或饲料作

作用，化学预处理主要包括碱和酸，它们通过脱木素作用于生物质，降低纤维素的聚合度和结晶度[10-12]，物理化学预处理主要是蒸汽爆炸、氨纤维爆炸（AFEX）、氨渗滤循环（ARP）、均热氨水（SAA）、湿氧化、CO2爆炸等方法，生物预处理可以使用微生物进行，其中白腐菌是最有效的天然菌种。经过预处理后，半纤维素几乎完全水解成其单糖，但大部分纤维素仍需要进一步水解，最终转化为可发酵糖。发酵可以通过三种模式进行，分批发酵、补料分批发酵和连续发酵，发酵后通过蒸馏或蒸馏与吸附结合的方法从发酵液中回收生物乙醇[13]。图1.3纤维素乙醇生产主要过程对于生物乙醇生产，原料和预处理技术对技术经济的影响已被广泛研究，但对生产生物乙醇的工艺类型进行详细成本分析的研究相对较少。如上所述，有许多因素需要考虑，为了对游离细胞和固定化细胞进行实际的经济比较，Dickson等人[14]每个过程进行了单独评估，以允许考虑所有相关的参数，包括发酵类型、反应器配置、基质类型和用于发酵的微生物。尽管已经发展了数十年，纤维素生物乙醇生产在经济上还不能与化石燃料生产竞争。通过确保最佳传质条件来提高发酵性能仍然是一个重大挑战。细胞的固定化和共固定化在纤维素乙醇生产中显示出很大的潜力，因为它的产率高，污染风险低，而且所得到的

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本文编号：3338558