生物质气化合成气发酵制乙醇工艺分析.pdf

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1、AthesisSubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterTechniqueAnalysisontheBiomassGasificationSyngasFermentationtoProduceEthanolBy：YanHuSupervisor：Prof．PeiqinSunSeniorEng"ChunChangenlOrEngineer．11Un乙nangChemicalTechnologySchoolofChemicalEngineeringandEnergyMay2012原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位

2、论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：嘲鲰日期：>。·)年{；月)暑日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩

3、印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：嘲熙日期：≥·，2年参月摘要合成气发酵法制备乙醇工艺集成了热化学法和生物发酵法这两种工艺优势，受到越来越多人的关注。工艺的主要过程有：生物质经过气化炉的气化，产生高温粗合成气，合成气经过冷却、除尘除焦后送入发酵罐，生成的低浓度的乙醇发酵液经过精馏回收得到共沸浓度的乙醇液，发酵罐废气和合成气冷却产生的高温高压蒸汽送入联产装备中产电和蒸汽，部分蒸汽可供给乙醇精馏工艺。本文结合生物质气化原

4、理、ASPENPLUS软件的特点以及合成气的发酵机理等理论，分章节对生物质气化、合成气发酵，差压精馏乙醇的回收和热电联产过程建立模拟优化，并对整个工艺进行了核算和分析。生物质气化模型的模拟值与文献值较吻合，而发酵过程的模拟值与文献值有一定出入，但总体上可大体估算乙醇的产量。此外，分别研究了氧气和水蒸汽一氧气作气化剂时，气化剂的加入量对气化产物和乙醇产量的影响。发现氧气作气化剂的气化体系比加入水蒸气时的气化体系产生的乙醇量多。且氧气与干生物质质量比为0．4时，乙醇产量达到最大值。因此，本文选取氧气做为气化剂，02／B为0．4。本文选用简捷的双塔差压精馏工艺对发酵罐产生

5、的低浓度乙醇进行回收。此外，还对系统进行了热量的集成，回收了精馏塔塔顶乙醇蒸汽的冷凝热。进一步对操作参数粗馏塔回流比和塔压进行了模拟与优化，得到了总能耗最小时的参数：发酵罐乙醇浓度为2．4％时，粗馏塔的摩尔回流比r为1．25，粗馏塔的塔压Pl和精馏塔的塔压P2分别为0．35atm和1．8atm，最低能耗为48966．88kW，精馏产每吨乙醇需消耗O．4MPa的低压蒸汽4．90t；乙醇浓度为5．O％时，粗馏塔的摩尔回流比r为0．25，粗馏塔的塔压PI和精馏塔的塔压P2分别为0．35atm和1．8atm，最低能耗为56906．49kW，精馏产每吨乙醇需耗低压蒸汽2．78

6、t。此外，本文还建立了主要部件为单压级余热锅炉、蒸汽轮机的热电联产工艺和主要部件为M701F的燃气轮机、余热锅炉及蒸汽轮机的联产工艺的简化模型。分别计算了两种不同成分的废气联产时的输出功率。当出口废气热值较高时，采用燃气．蒸汽热电联产工艺可回收更多的潜热。当出口废气热值较低时，采用锅炉．蒸汽轮机发电工艺模拟计算。综合了上述模型，本文对生物质气化合成气发酵制备乙醇及联产工艺进行摘要了质量衡算和有效能量利用率的核算。日处理量2000t干生物质(桦木)时产生的合成气在较低、较高两种转化率下，可分别生产乙醇155kg／t生物质，319kg／t生物质；单位生物质的有效能量利用

7、率分别为37．77％、45．12％。关键词：生物质；合成气发酵；模拟；ASPENPLUSIIAbstractTheprocessofsyngasfermentationtoproduceethanolintegratestwokindsofcraftadvantagesofthermalchemicalprocessandbiologicalfermentationprocess，focusedonbymoreandmorepeople．ThemaintechnologyprocessisaSfollows：biomassisconvertedintohight