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能源草生产纤维素乙醇的比较研究

朱桂英  
【摘要】:要实现纤维素乙醇的持续性产业化发展,原料提供问题必须得以保证,对纤维素乙醇原料进行多元化选择利用,将势在必行。能源草作为一种新型能源材料,具有其独特的发展优势,已在世界各国引起广泛关注。本文首先,选择了杂交狼尾草、荻、柳枝稷、芦竹和象草五种能源植物与玉米秸秆进行了成分组成和转化过程中的差别对比研究,以判断它们在乙醇生产方面的潜能。仅从组成上来看,荻的纤维素含量最高约为43.08%,最具有作为能源植物的潜力,六种原料的纤维素含量排序为:荻杂交狼尾草柳枝稷芦竹玉米秸秆象草。而从最终的乙醇生产效率来看,杂交狼尾草、荻、芦竹、柳枝稷、玉米秸秆、象草六种原料生产1t乙醇原料消耗量分别为 6.00 t、6.71 t、6.78 t、7.14 t、7.17 t、11.52 t,因而杂交狼尾草、荻、芦竹、柳枝稷四种能源草无论是在组成上,还是在纤维素乙醇的实际生产能力上均优于玉米秸秆,象草则次于玉米秸秆。其次,针对纤维素乙醇生产效率较优的四种能源草,根据现有的发展状况来对它们进行了全生命周期3E分析评价。结果显示:(1)目前利用能源植物生产纤维素乙醇主要是实现了能源形式的转化利用,能源草的乙醇生产技术还有待提高。四种能源草中,能量效率较高的为杂交狼尾草。(2)四种能源草生产纤维素乙醇的生命周期环境排放等级均为1级,符合国家环境保护排放要求。(3)荻、芦竹、杂交狼尾草、柳枝稷四种能源草制备1t纤维素乙醇经济收益分别为361.68元、250.26元、426.44元、553.62元,柳枝稷最高,但以1hm2土地上种植能源草产生的经济效益来算,则是杂交狼尾草的经济效益最优。(4)1hm2土地上种植荻、芦竹、杂交狼尾草、柳枝稷四种能源草的大气净化生态价值分别为40169.30元、35447.76元、69383.19元、23659.34元,杂交狼尾草最优。综合而言,四种能源草中杂交狼尾草最具有作为纤维素乙醇补充原料的发展优势。最后,针对最具发展优势的能源植物杂交狼尾草进行了蒸汽爆破预处理技术的探索与优化,获得了其在非中性盐添加的蒸汽爆破预处理过程中的木聚糖溶解动力学方程式,该方程式可用来有效预测原料在预处理后木聚糖的残余量,对工业化的生产具有重要的指导意义;另外应用联合水解因素(CHF)理论对狼尾草的非中性盐预处理生产工艺进行了优化,获得了一组较优的预处理工艺参数,使乙醇得率较优化前提高了 6.02%。


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