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文冠果生物炼制工艺的过程集成研究

王继艳  
【摘要】:文冠果是我国所特有的木本油料植物,具有生产生物能源和保护生态环境的双重效益,因此受到大家的普遍重视。文冠果的潜在经济价值丰富,种仁油可以生产生物柴油,副产物甘油可以生物转化为1,3-丙二醇,果壳和种皮中大量的木质纤维素可生产纤维素乙醇,并且种仁和果壳中含有皂苷、蛋白、淀粉等多种有效成分。为实现文冠果生物炼制过程高效、低成本的生物炼制工艺路线,本文利用化工流程模拟软件Aspen Plus建立文冠果生物炼制过程的模拟模型,从生产工艺整合、物质和能量集成两个角度系统阐述文冠果生物炼制工艺的过程集成,并对整个过程进行了经济分析,为文冠果生物炼制工艺开发提供准确、有效、可量化的基础设计数据。主要研究内容包括: 1.采用流程模拟软件Aspen Plus对文冠果生物炼制工艺进行全流程工艺设计与模拟。以纤维素乙醇、生物柴油和1,3-丙二醇的前期研究结果为基础,建立文冠果多产物联产的生物炼制过程的模拟模型,对该生物炼制工艺进行严格的物料和能量衡算,并计算文冠果生物炼制工艺的生产成本。分析表明:年处理30万吨文冠果的生物炼制过程,将生产纤维素乙醇12,960吨,生物柴油37,417吨,1,3-丙二醇1,504吨;文冠果生物炼制过程的年总生产成本为29,369万元,其中原辅料成本和公用工程费用分别占总成本的78%和15%。经济效益估算表明,文冠果生物炼制工艺产品的年销售额总计53,841万元,年净利润为16,396万元。 2.采用夹点技术对文冠果生物炼制过程的能量进行分析,将冷、热流股进行匹配换热,提出热集成方案,降低文冠果生物炼制过程中的能耗。对文冠果生物炼制过程能量集成的结果表明:热集成工艺消耗的冷、热公用工程较热集成前工艺分别节省52.8%和67.4%,纤维素乙醇、生物柴油和1,3-丙二醇的单位蒸汽能耗降为1.30、0.28和22.70吨。文冠果生物炼制能量集成工艺的年总生产成本为26,592万元,较原工艺降低了9.2%。 3.采用化工流程模拟软件ProⅡ对以甘油为原料微生物法年产千吨1,3-丙二醇的三种不同分离工艺路线(醇沉、双水相、电渗析)进行了工艺设计模拟及技术经济性对比分析。结果表明:醇沉、双水相和电渗析三种工艺的总生产成本分别为14,793、14,201和14,345元/吨。敏感性分析表明,甘油价格是影响工艺单位成本的最关键因素。其次是1,3-丙二醇浓度和转化率,提高这两个指标有利于降低生产成本,提高工艺的经济性。


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