文冠果的生物炼制工艺与技术经济分析

论文摘要

文冠果作为一种优质的非粮木本油料植物,被国家确定为重点开发的生物柴油原料资源之一。在用文冠果种仁油生产生物柴油的同时,将会产生大量的果壳、种皮、油渣和副产物甘油,这些副产资源都具有较高的潜在经济价值,如果得不到合理的开发利用,会造成巨大的资源浪费。本文针对目前文冠果利用中存在的问题,在利用文冠果生产生物柴油的同时,考虑其它副产物资源的充分利用,对文冠果生物炼制多产物联产的工艺和方法做了探索性研究,以期为文冠果资源的综合开发利用提供科学指导与技术支撑。首先,测定了文冠果各部位主要成分的含量,并根据各主要成分潜在的应用价值,实验验证了果壳、种仁皂苷的提取、以果壳、种皮为原料的纤维素乙醇生产、以种仁油和乙醇为原料的生物柴油生产和以生物柴油副产物甘油为原料的1,3-丙二醇生产等几个关键技术过程是可行的,在此基础上提出一种生物柴油与其它生物基化学品和中药有效成分联产的生物炼制工艺。通过对生物炼制过程的物料衡算,得出纤维素乙醇生产与生物柴油生产、皂苷提取和1,3-丙二醇的乙醇/硫酸铵双水相萃取存在过程集成的可能性。其次,对利用正已烷/乙醇/硫酸铵/水三液相萃取体系同时分离文冠果种仁中的油脂、皂苷和蛋白质的多产物联产方法进行初步探索,考察了不同的乙醇/硫酸铵双水相配比、不同的正已烷浓度和不同的三液相体系组成成分添加顺序对分离效果的影响。最后得出当操作条件为25%（w/w）正已烷/30%（w/w）乙醇/7.5%（w/w）硫酸铵/37.5%（w/w）水时,三液相萃取达到了油脂、皂苷和蛋白质三者较好的分离效果,油脂主要集中在上相,提油率为87%,种仁总皂苷集中在中相,回收率为83.5%,蛋白质富集在中相和下相的相界面处,可通过过滤得到。实验结果表明,三液相萃取一步操作可实现种仁中三种成分的同时分离,简化了工艺,是一种有效的多产物联产方法。再次,以文冠果生物炼制工艺可行性实验验证为基础,结合生物炼制工艺各关键过程现阶段的发展现状,对年处理30万吨文冠果的生物炼制工艺的物耗和能耗进行计算,获得了影响文冠果生物炼制工艺成本的主要因素及其影响规律。分析表明,从成本构成要素来看,原辅材料成本、公用工程成本是多产物联产过程成本的决定因素,两者占总成本的80%以上；从过程成本要素来看,纤维素乙醇生产成本是决定多产物联产过程成本的决定因素,将近占总成本的50%。敏感性分析表明,纤维素乙醇生产成本对利润的影响最为敏感,公用工程成本次之。对工艺中各个过程之间进行能量集成有望降低成本,同时,随着纤维素乙醇产业化进程的推进,生物炼制过程的成本可进一步降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 我国发展林业生物柴油的意义和目标
• 1.2 文冠果
• 1.2.1 文冠果作为能源树种的生物学特性与发展现状
• 1.2.2 文冠果的化学成分及其它应用价值
• 1.3 生物炼制与多产物联产过程
• 1.4 文冠果生物炼制的关键技术研究进展
• 1.4.1 生物柴油的生产
• 1.4.2 生物柴油副产物甘油生物转化1,3-丙二醇
• 1.4.3 纤维素乙醇的生产
• 1.4.4 三液相萃取的研究进展
• 1.5 本课题的研究内容及意义
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 研究意义
• 2 文冠果生物炼制的可行性实验
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与仪器
• 2.2.1 原料与试剂
• 2.2.2 菌种
• 2.2.3 培养基
• 2.2.4 仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 文冠果中各部位主要成分的含量测定
• 2.3.2 文冠果种仁油的提取
• 2.3.3 文冠果种仁油理化指标的测定
• 2.3.4 文冠果果壳、种仁皂苷的提取
• 2.3.5 文冠果果壳与种皮制备纤维素乙醇
• 2.3.6 文冠果种仁油与乙醇通过酯交换反应制备生物柴油
• 2.3.7 生物柴油副产的甘油生物转化为1,3-丙二醇
• 2.3.8 分析方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 文冠果各部位主要成分的测定
• 2.4.2 文冠果种仁油理化指标的测定
• 2.4.3 皂苷类药用成分的提取
• 2.4.4 纤维素乙醇的生物制备
• 2.4.5 生物柴油的制备
• 2.4.6 副产物甘油生物转化为1,3-丙二醇
• 2.4.7 文冠果生物炼制多产物联产的工艺
• 2.5 小结
• 3 三液相萃取文冠果种仁中的主要成分
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与仪器
• 3.2.1 材料与试剂
• 3.2.2 仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 乙醇/硫酸铵双水相萃取种仁皂苷的考察
• 3.3.2 正己烷/乙醇/硫酸铵/水三液相萃取种仁中主要成分的考察
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 乙醇/硫酸铵双水相萃取种仁皂苷
• 3.4.2 正己烷/乙醇/硫酸铵/水/三液相萃取种仁中的主要成分
• 3.5 小结
• 4 文冠果生物炼制的技术经济分析
• 4.1 引言
• 4.2 文冠果生物炼制的工艺流程及过程参数
• 4.2.1 文冠果生物炼制的工艺流程
• 4.2.2 文冠果生物炼制的工艺参数
• 4.3 投资估算
• 4.3.1 项目概况
• 4.3.2 投资估算及分析
• 4.4 成本和经济收益估算
• 4.4.1 成本估算依据与说明
• 4.4.2 成本估算
• 4.4.3 成本构成分析
• 4.4.4 经济收益估算
• 4.5 经济评价
• 4.5.1 财务分析
• 4.5.2 投资回收期
• 4.5.3 盈亏平衡分析
• 4.5.4 经济效益敏感性分析
• 4.4 小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢