生物质秸秆生产生物丁醇的过程模拟优化与经济评价

能源危机与环境危机的双重压力下，清洁能源受到全社会追捧。生物丁醇以其良好的燃料特性可直接代替汽油,并被认为是潜在的乙醇代替品。实验室开发一套玉米秸秆经碱处理、纤维素酶解，丙丁梭菌发酵产生丙酮、丁醇、乙醇（简称ABE）的新工艺。该工艺在小试水平取得良好的表现，工业化放大被提上议程。为避免浪费大量人力物力财力，使用流程模拟工具对过程进行模拟优化，并进行经济评价。本课题从以下几方面对课题进行研究:使用Aspen Plus工具对实验室的预处理及发酵过程进行模拟，模拟值与实验值相吻合。针对发酵液的分离设计一套四塔精馏模型，能耗为4.21MJ/kg丁醇，经过能量优化后分离能量降低38.3％。对年产三万吨生物丁醇过程进行设计，从物料平衡、能量消耗到设备选型、经济评价进行计算。
　　结果表明，当前处于ABE产品价格的低位，经济暂不具可行性，年产三万吨生物丁醇总成本费用为67，195万元，丁醇成本费用为11，690元/吨。使用实验室复配纤维素酶进行计算，丁醇成本费用为9，275元/吨。对比甜高粱秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆生产生物丁醇过程，甜高粱秸秆是可靠的替代原料，每吨生物丁醇较玉米秸秆丁醇成本降低约13元。相同碱处理及酶解条件下，己糖酒精发酵，戊糖丁醇发酵的发酵策略进行计算，乙醇成本费用为7，245元/吨（未计入纤维乙醇补贴）。
　　当前溶剂产品的价格不足以承受工业化规模的生物丁醇生产，酶解及发酵过程的优化是丁醇工业化生产的主要方向。