現(xiàn)代生物能源技術(shù)

前言

　　由石油資源快速枯竭而引發(fā)的能源危機(jī)是當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)面臨的重大挑戰(zhàn)之一。一方面，原油枯竭的態(tài)勢(shì)已經(jīng)顯現(xiàn)。截至2004年，全世界已探明原油儲(chǔ)量約為1萬(wàn)億桶。加上今后新的油田發(fā)現(xiàn)、現(xiàn)有油田的擴(kuò)容和新采油技術(shù)的運(yùn)用，世界原油儲(chǔ)量則可能達(dá)到2萬(wàn)億桶。按目前世界原油每年300億桶的消費(fèi)速度，世界石油儲(chǔ)量?jī)H能維持35～70年。另一方面，近年來(lái)國(guó)際政治的緊張態(tài)勢(shì)不斷升溫，使石油短缺危機(jī)不斷出現(xiàn)，尋求替代石油的液體生物燃料和材料已經(jīng)成為世界各國(guó)政府的共同目標(biāo)?！　∩镆掖己蜕锊裼褪钱a(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中發(fā)展最迅速的兩個(gè)替代液體車(chē)用燃料產(chǎn)品。生物柴油由于受油脂原料的限制，其發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)相對(duì)的停滯期。目前國(guó)際上大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的生物乙醇產(chǎn)業(yè)主要有三種模式：以玉米為主要原料的美國(guó)模式、以蔗糖為主要原料的巴西模式和以木薯為主要原料的泰國(guó)模式。由于木質(zhì)纖維素原料幾乎是無(wú)限量和多來(lái)源供應(yīng)的，纖維乙醇產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)生物柴油。據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年可能有近1／3的液體燃料及50％的化學(xué)品和材料將產(chǎn)自植物木質(zhì)纖維素材料。2009年1月，位于美國(guó)路易斯安那州Jennings的年產(chǎn)4200噸（140萬(wàn)加侖）纖維乙醇的工業(yè)示范裝置開(kāi)車(chē)運(yùn)行，成為美國(guó)9套纖維乙醇工業(yè)示范裝置和4套萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)裝置中第一套正式投產(chǎn)的工廠，其他裝置今后一兩年內(nèi)將陸續(xù)開(kāi)工。這些裝置的投產(chǎn)將對(duì)纖維乙醇的大規(guī)模工業(yè)化產(chǎn)生重大影響?！　”緯?shū)第一篇是玉米秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的過(guò)程設(shè)計(jì)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)技術(shù)報(bào)告，由美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）于2002年完成。從1973年第一次石油危機(jī)之后，美國(guó)能源部（DOE）開(kāi)始積極促進(jìn)使用木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)乙醇，用來(lái)替代以傳統(tǒng)的石油作為運(yùn)輸燃料。DOE資助該領(lǐng)域內(nèi)各類(lèi)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，并需要有一個(gè)方法來(lái)預(yù)測(cè)這些研究對(duì)降低乙醇生產(chǎn)成本所起的作用。為了達(dá)到這一目標(biāo)，NREL對(duì)大量具有開(kāi)發(fā)潛力的工藝設(shè)計(jì)方案建立了模型，對(duì)每一個(gè)工藝進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。根據(jù)長(zhǎng)期的工作積累，NREL在1999年出版了第一本木質(zhì)纖維素生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇的過(guò)程設(shè)計(jì)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)技術(shù)報(bào)告，2002年出版了更新版本。該報(bào)告中過(guò)程設(shè)計(jì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型對(duì)新的技術(shù)進(jìn)展帶來(lái)的成本削減預(yù)測(cè)非常有用，可以對(duì)新的技術(shù)進(jìn)展轉(zhuǎn)換為過(guò)程設(shè)計(jì)上的改進(jìn)和經(jīng)濟(jì)效益上的提高進(jìn)行快速評(píng)價(jià)，并以此為依據(jù)為未來(lái)降低乙醇生產(chǎn)成本設(shè)定一個(gè)優(yōu)先目標(biāo)，最終達(dá)到DOE確定的乙醇銷(xiāo)售價(jià)格1.07美元／加侖（折合約2500元人民幣／噸）?！　”緯?shū)第二篇是基于生物質(zhì)來(lái)源的高附加值生物基化學(xué)品與材料的篩選，由美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室和太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）于2003年完成。它是對(duì)生物質(zhì)來(lái)源的所有可能的化學(xué)品與材料進(jìn)行的一項(xiàng)大規(guī)模調(diào)研和篩選項(xiàng)目，從技術(shù)潛力與現(xiàn)狀、對(duì)石油產(chǎn)品的替代性、成本等角度出發(fā)，在300種以上的生物基化學(xué)品中篩選出了12種最重要的砌塊中間體化學(xué)品，并詳細(xì)列出了可能的研發(fā)路線。這些基礎(chǔ)化學(xué)品可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為高附加值的生物基化學(xué)品或材料。

內(nèi)容概要

本書(shū)第一篇是玉米秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的過(guò)程設(shè)計(jì)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)技術(shù)報(bào)告，由美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)于2002年完成。該報(bào)告中的過(guò)程設(shè)計(jì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型對(duì)新的技術(shù)進(jìn)展帶來(lái)的成本削減預(yù)測(cè)非常有用，可以對(duì)新的技術(shù)進(jìn)展轉(zhuǎn)換為過(guò)程設(shè)計(jì)上的改進(jìn)和經(jīng)濟(jì)效益上的提高進(jìn)行快速評(píng)價(jià)。第二篇是基于生物質(zhì)來(lái)源的高附加值生物基化學(xué)品與材料的篩選，由美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室和太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(PNNL)于2003年完成。它是對(duì)生物質(zhì)來(lái)源的所有可能的化學(xué)品與材料進(jìn)行的一項(xiàng)大規(guī)模調(diào)研和篩選項(xiàng)目，從技術(shù)潛力與現(xiàn)狀、對(duì)石油產(chǎn)品的替代性、成本等角度出發(fā)，在300種以上的生物基化學(xué)品中篩選出了12種最重要的砌塊中間體化學(xué)品，并詳細(xì)列出了可能的研發(fā)路線。    本書(shū)內(nèi)容實(shí)用、翔實(shí)、豐富，不同于一般學(xué)術(shù)著作，幾乎所有內(nèi)容都對(duì)我國(guó)正在起步的生物能源行業(yè)有直接和重要的參考價(jià)值，對(duì)政府決策者和工業(yè)界投資者來(lái)說(shuō)也是重要的參考資料。

書(shū)籍目錄

譯者序縮寫(xiě)詞第一篇  玉米秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的過(guò)程設(shè)計(jì)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)　1  引言　2  工藝設(shè)計(jì)與成本估算　3  過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性　4  靈敏度分析　5  模型的改進(jìn)與擴(kuò)展　參考文獻(xiàn)　附錄  生物質(zhì)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)乙醇的工藝流程圖第二篇  基于生物質(zhì)來(lái)源的最具潛力的高附加值化學(xué)品　概述　1  背景　2  目標(biāo)　3  總體策略　4  獲取30種最具開(kāi)發(fā)潛質(zhì)化學(xué)品的初篩　5  基于糖質(zhì)原料的高附加值化學(xué)品的復(fù)篩　6  基于合成氣原料的高附加值化學(xué)品的復(fù)篩　7  轉(zhuǎn)化途徑與技術(shù)挑戰(zhàn)　8  展望　9  12個(gè)最具潛力的高附加值化學(xué)品綜述　10  生物質(zhì)來(lái)源的潛在化學(xué)品和材料參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　目前，美國(guó)能源部（DOE）正在大力促進(jìn)使用木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)乙醇，用來(lái)替代傳統(tǒng)的石油作為運(yùn)輸燃料。美國(guó)能源部正在實(shí)施的與此相關(guān)的研究計(jì)劃包括：新的纖維素酶和乙醇發(fā)酵菌種的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究；對(duì)具有潛在價(jià)值的工藝過(guò)程進(jìn)行的工程研究；共同出資籌建初步的生物質(zhì)生產(chǎn)乙醇的示范基地及生產(chǎn)設(shè)施等項(xiàng)目。這些研究由包括美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）和橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）在內(nèi)的各個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)和私營(yíng)公司共同主導(dǎo)，而項(xiàng)目的工程部分則由有關(guān)的工程公司、建筑公司和管理公司具體運(yùn)作?！　〈偈筃REL研究木質(zhì)纖維素乙醇工廠的整套工藝流程設(shè)計(jì)及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的主要原因有兩個(gè)?！　∈紫?，針對(duì)目前概念工藝過(guò)程設(shè)計(jì)制定的基準(zhǔn)流程案例，對(duì)于今后的研究具有指導(dǎo)作用。一旦工藝過(guò)程的基準(zhǔn)流程案例確立，提出的新方案以及預(yù)期結(jié)果即可轉(zhuǎn)化為新的工藝設(shè)計(jì)，過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性也可以得以確定。用這樣的方式就可以在不同的研究方案之間進(jìn)行比較，而能源部的決策部門(mén)就能夠在幾種方案中判斷出哪種方案最具有降低成本的潛力，從而選擇最合適的投資對(duì)象。此類(lèi)研究需要對(duì)其進(jìn)行完整的工藝設(shè)計(jì)，并對(duì)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行研究，因?yàn)槟稠?xiàng)研究中的新工藝可能會(huì)對(duì)其他項(xiàng)目的工藝產(chǎn)生很大的影響，如產(chǎn)物回收或廢棄物處理等，而這一影響可能又會(huì)對(duì)該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重大影響。　　其次，該項(xiàng)研究使我們能夠在過(guò)程和工廠設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)乙醇生產(chǎn)的絕對(duì)成本進(jìn)行計(jì)算。在對(duì)以往研究進(jìn)行評(píng)估和開(kāi)展新的研究方向時(shí)，相對(duì)成本的比較非常重要。然而，為了對(duì)比乙醇與其他燃料的經(jīng)濟(jì)性，我們也需要研究乙醇的絕對(duì)成本。同時(shí)，絕對(duì)成本對(duì)于考察木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇過(guò)程的潛在市場(chǎng)滲透力也是必需的。因此，我們正努力建立與乙醇生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用工程、建設(shè)以及操作實(shí)踐相一致的成本估算方法。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須對(duì)包括新的研究領(lǐng)域及工業(yè)上可行的各個(gè)過(guò)程在內(nèi)的全部工藝過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，并確定它們的成本。對(duì)于當(dāng)前的設(shè)計(jì)水平，需要在概念設(shè)計(jì)的層面上估計(jì)投資成本。　　在對(duì)乙醇工廠的成本估計(jì)中，為了提高對(duì)影響乙醇生產(chǎn)絕對(duì)成本各因素估計(jì)的準(zhǔn)確性，NREL與Harris集團(tuán)和Delta-T等公司簽約，一起對(duì)工藝設(shè)計(jì)的成本進(jìn)行收集、審查和估計(jì)。在1998～1999年期間，Delta_T公司的工程師與NREL的工藝工程師合作，共同審查了所有工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備的成本（其中污水處理及燃燒室鍋爐系統(tǒng)除外，它們分別由Merrick Engineering和Reaction Engineering公司審查），并通過(guò)對(duì)以上工作的總結(jié)，出版了第一本設(shè)計(jì)報(bào)告?！　〗?jīng)過(guò)NREL與Delta－T公司的努力，確定了幾個(gè)需要進(jìn)行更廣泛的研究的領(lǐng)域。因此，NREL與Harris公司聯(lián)合，在早期工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行了供應(yīng)商研究、腐蝕試驗(yàn)、工藝設(shè)計(jì)以及確定了關(guān)鍵設(shè)備成本。這里所指的關(guān)鍵設(shè)備包括固一液分離設(shè)備及預(yù)處理反應(yīng)設(shè)備。

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