Категория: БИОМАССА Как источник энергии

ВЛИЯНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ НА ПРОИЗВОДСТВО ЭТАНОЛА

Не все микроорганизмы пригодны для промышленного производства этанола. Кроме того, ни одна из известных культур не является идеаль­ной для эффективной конверсии или сильного разжижения перечис­ленных выше субстратов. Наиболее интенсивно используются дрож­жевые культуры [15-17], особенно Saccharomyces. Сравнительно высоко­температурная этанольная ферментация осуществлялась с участием бактериальных культур Bacillus и Clostridium [18]. Для промышленного производства алкогольных напитков, в том числе и спирта, используются в основном два типа дрожжевых культур, которые относятся к Saccharomyces.

Процессы превращения

Пиролиз древесины. Общий энергетический баланс системы по пиролизу древесины (рис. 3) приведен в табл. 6 [7]. Этот тип энергетического ба­ланса соответствует применению первого закона термодинамики к изо­термической системе при Ws = 0. Поступающая энергия рассчитывается по максимальной теплоте сгорания древесины, равной 2200 кДж/кг су­хой массы. Выходящая энергия рассчитывается по максимальной тепло­те сгорания топливной жидкости (28 377 кДж/кг), углистого вещества (30703 кДж/кг) и физическому теплу образовавшихся газов и охлаждаю­щей воды при температуре 25°С. Теплота, покидающая систему, пред­ставляет собой тепловые и механические потери.

Производство этанола ферментацией биомассы

Д. Брандт1] Одним из наиболее эффективных способов обработки биомассы является пре­вращение ее в этанол; последний широко используется как в качестве жидкого топлива, так и сырья для химической промышленности. Такая обработка биомассы состоит из нескольких технологических стадий. При этом система подачи сырья должна обеспечивать выделение требуемого ко­личества ферментирующихся углеводов и может включать операции начиная от сбора сырья и до подачи подготовленных веществ на ферментацию.

РАСХОДЫ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

Эксплуатационные расходы включают стоимость материалов для мате­риально-технического обслуживания и снабжения, оплату работы опера­торов, административные расходы, налоги, страхование и накладные расходы. При этом к административным работам и работам по мате­риально-техническому обслуживанию относят деятельность директора завода, инженеров-технологов, технического состава лабораторий, слу­жащих, секретарей, телефонистов, сторожей, охраны и пожарников.

Независимая установка

В случае независимой, т. е. сооружаемой на новом участке, установки по производству этанола возникает ряд трудностей, которые должны быть преодолены, чтобы обеспечить разработку жизнеспособного проекта. Рассматриваемая инже независимая установка предназначена для пере­работки специально для нее выращиваемой биомассы (хлебных злаков). Установка не связана с внешними системами снабжения сырьем нлн распределения продуктов.

Температура

Скорость роста микроорганизмов и выход этанола существенно зависят от температуры [19-23]. Ферментация вина и пива обычно проводится при температуре ниже 20°С, вместе с тем при промышленном производ­стве спирта с применением дрожжевых культур температура может до­стигать 30-38°С. По мере повышения концентрации этанола снижается оптимальная температура роста клеток и производства этанола. При высокой концентрации этанола ингибирующее действие при более высо­ких температурах может быть сильнее, чем при низких температурах, вследствие большей нестабильности структуры клеточной мембраны.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ К. П. Д. СИСТЕМЫ

Биомасса представляет собой сырье, которое может быть использовано в качестве источника энергии. При этом должны производиться самые необходимые энергоемкие продукты либо продукты, производство ко­торых оказывается наиболее экономически оправданным [14].

ВЫБОР СЫРЬЯ

Ферментирующиеся твердые вещества могут быть получены из раз­личных источников в диапазоне от биомассы, предназначенной для эта — нольной ферментации, до ферментируемых отходящих потоков. Эконо­мические аспекты этого выбора являются основой для оценки рентабельности проекта установки. 11 D. Brandt, Stone and Webster Engineering Corporation.

РАСЧЕТ ДОХОДОВ

Расчет доходов производится с учетом: — ежегодных расходов (ежегодные капиталовложения и эксплуата­ционные расходы, исключая побочные продукты и кредиты); — среднегодового дохода (принимая во внимание будущие поступле­ния, приведенные к совместной стоимости); — распределения среднегодового дохода на годовое производство продуктов в единицах измерения (литры этанола, кубометры топливной жидкости и т. п.) для определения годовой стоимости каждой единицы Таблица 3. Теплосодержание различных видов топлива Теплосодержание, кДж Нефть, M3 Древесина сухая, т Остатки сухой сельскохозяйственной культуры, Аммиак, т Бензин, л Регулярный высокооктановый Котельное топливо № 2, л Природный газ или синтез-газ, м3 Среднекалорийный газ, м3 Низкокалорийный газ, м3 Метанол, л Этанол, л Электроэнергия, кВт-ч 38490000 15 825000-18 990000 т 13715000-17935000 18990000-20005000 33 750 32 500 37000 27-33 9-15 3,0-3,2 15 330-16170 21 740-22 580 35 870-36080 Произведенного продукта.

Объединенная установка

Общую эффективность производства топливного этанола можно повы­сить за счет объединения производства этанола с другими производ­ственными объектами. Такое объединение позволяет снизить расход ре­сурсов, потребляемых этанольньгм производством, путем распределения затрат на их доставку или производственных расходов между всеми подразделениями производства. Преимущества объединенного про­изводства становятся очевидными при рассмотрении, например, отходя­щих потоков.