نقاش المستخدم:دكتور حمدي سيف عامر عبد الجواد/أرشيف 1

هذه الصفحة صفحة أرشيف. من فضلك لا تعدلها. لإضافة تعليقات جديدة عدل صفحة النقاش الأصيلة.

أرشيف 1

| أرشيف 2 ←

اسم المستخدم مخالف

--Dr-Taher (نقاش) 17:42، 13 فبراير 2021 (ت ع م)

توضيح

حسن (نقاش) 12:46، 14 فبراير 2021 (ت ع م)

منع اسم غير مقبول

--Dr-Taher (نقاش) 08:14، 20 فبراير 2021 (ت ع م)

إنتاج الإيثانول عن طريق الكيمياء الحرارية تحويل الكتلة الحيوية عن طريق تغويز التدفق الجيني

الكلمات الدالة: تغويز الإيثانول حرارية الكتلة الحيوية اقتصاديات نبذة مختصرة إنتاج الإيثانول عن طريق تغويز التدفق الجيني للكتلة الحيوية والتوليف التحفيزي اللاحق اقتصاديا من خلال النظر في السيناريوهات الحالية والمستقبلية. في السيناريوهات الحالية ، فإن ملف تستخدم مصانع المعالجة المقترحة فقط التقنيات المتاحة والكحول المختلط الأكثر حداثة المحفزات (محفزات RheMn / SiO2 و KCoMoS2). في السيناريوهات المستقبلية ، فإن آثار التحسينات في أداء محفز MoS2 وتوافر أنظمة تغذية الكتلة الحيوية الصلبة المضغوطة تقييم. يعتبر حجم المحطة 2140 طنًا جافًا / يوم من رقائق الخشب (500 ميغاواط) وفقًا لمعايير كونها مكتفية ذاتيا من الطاقة. تتم مناقشة النتائج الاقتصادية ومقارنتها أيضًا بأحدث التقنيات إنتاج الإيثانول الكيميائي الحيوي lignocellulosic. تظهر النتائج أنه على الرغم من أن محفز الروديوم يقدم أداء أفضل من محفزات MoS2 من حيث الانتقائية للإيثانول ، يؤدي ارتفاع سعر محفز الروديوم إلى ارتفاع تكاليف الإنتاج. بالنسبة للمحفزات الحالية ، يكون الحد الأدنى لسعر بيع الإيثانول (بما في ذلك معدل العائد 10٪) في نطاق 0.90e1.25 دولار / ل. في سيناريو مستقبلي ، ستؤدي التحسينات المتوقعة في أداء محفز MoS2 إلى انخفاض في السعر إلى 0.71 دولار / لتر. إلى جانب ذلك ، إذا كانت مغذيات مكبس الكتلة الحيوية متاحة تجاريًا ، مثل كبديل للمعالجة المسبقة للانحلال الحراري ، سينخفض الحد الأدنى لسعر بيع الإيثانول إلى 0.55 دولار / ل. 2011 Elsevier Ltd. جميع الحقوق محفوظة. 1 المقدمة من بين الجيل الثاني من الوقود الحيوي ، الإيثانول ، FischereTropsch السوائل (FTL) ، ثنائي ميثيل الأثير (DME) والغاز الطبيعي الاصطناعي (SNG) هي تلك التي تجذب المزيد من الاهتمام لأنها تستطيع بديل للوقود البترولي في محركات السيارات [1]: علبة الإيثانول بديل للبنزين في محركات الاشتعال بالشرارة ، بينما SNG ، DME و FTL مناسبان لمحركات الاشتعال بالضغط. يمكن الإيثانول يتم إنتاجها إما بمعالجة حرارية أو كيميائية حيوية ، وكذلك بمزيج من الاثنين. في الطريق الكيميائي الحراري ، يتم تحويل الكتلة الحيوية أولاً عن طريق التغويز ، عادةً فوق 800 درجة مئوية ، إلى غاز تخليقي ، يتم تكييفه وتحفيزه فيما بعد تحويلها إلى إيثانول. التحويل التحفيزي للغاز التخليقي إلى يمكن إنتاج الإيثانول بخطوة واحدة (طرق مباشرة) أو عدة خطوات خطوات من خلال وسيطة (طرق غير مباشرة) [2،3]. في ال طريق الكيمياء الحيوية ، والسكريات الموجودة في الكتلة الحيوية lignocellulosic هي يتم استخراجه ثم تخميره إلى إيثانول في وسط مائي. في نهج الجمع بين الكيمياء الحرارية والكيمياء الحيوية الطرق ، يتم تخمير الغاز التخليقي من تغويز الكتلة الحيوية إلى إنتاج الإيثانول [4،5]. في الوقت الحاضر ، هناك عدد قليل من المصانع التجريبية المنتجة الإيثانول من الكتلة الحيوية lignocellulosic عبر المعالجة الكيميائية الحيوية ولكن لا شيء عن طريق المعالجة الكيميائية الحرارية. اختراقات كبيرة اللازمة لجعل أي من المسارين تنافسية من حيث التكلفة. الكيمياء الحيوية يجب أن تتناول المعالجة عوامل مثل تقليل تدهور السكر في المعالجة المسبقة للكتلة الحيوية ، والحد من تكلفة التحلل المائي الأنزيمي والكائنات الدقيقة الفعالة

للتخمير

من السكريات الهكسوز والبنتوز [6e9]. الكيمياء الحرارية إنتاج الإيثانول يعتمد على تكيف الناضجة التقنيات ، ولكن من الضروري تطوير محفز فعال ل التوليف. توجد محفزات متجانسة وغير متجانسة تم تقييم الكتلة الحيوية ، خاصة بالنسبة للطرق البيوكيميائية ، النظر في التكنولوجيا الحالية أو تصور التكنولوجيا تحسينات على المدى القصير أو الطويل [10e13]. Galbe et al. [14] مراجعة الدراسات الاقتصادية حول إنتاج الإيثانول البيوكيميائي من الكتلة الحيوية lignocellulosic المنشورة من 1996 إلى 2007. Gnansounou وآخرون. [15] تحديث مراجعة Galbe et al من خلال تضمين الدراسات تم نشره من عام 2007 حتى الآن. عدد التقييمات التقنية والاقتصادية المنشورة للإيثانول الإنتاج عن طريق مسار كيميائي حراري أكثر محدودية [16e21]. اعتبرت NREL [18e20] عمليتين حراريتين كيميائيتين على أساس التغويز الحراري وذاتي الحرارة. في السابق ، و تم اختيار مغوِّز الطبقة المميعة المزدوجة في الغلاف الجوي [18] ، بينما في الأخير ، تم استكشاف نوعين من الغازات: الأكسجين المنفوخ جهاز تغويز الطبقة المميعة المضغوطة [19] ومغوز التدفق المحصور [20]. تفترض هذه الدراسات التي أجرتها NREL اختراقات ملحوظة في المجالات الحرجة ، خاصة فيما يتعلق بمحفزات الكحول المختلطة و الإصلاح ، بحيث يمكن أن يكون الإيثانول الكيميائي الحراري منافسًا في على المدى القصير. وقد افترض آخرون أيضًا هذه الاختراقات المؤلفين في تقييمات تقنية اقتصادية لاحقة حول التوليف التحفيزي من الإيثانول [16،17]. مارتن وغروسمان [16] للمفاهيم تصميم العملية الحرارية الكيميائية من خلال تحسين البنية الفوقية حيث التقنيات المختلفة للتغويز ، والاصلاح ، و H2 / CO التعديل وتوليف الإيثانول (تخمير الغاز التخليقي والحفاز) التوليف). قام هو وزانغ [17] بتوسيع العمل من خلال NREL [18] من خلال تحليل تأثير مقياس النبات على الاقتصاد. نحن نرى أن إنتاج الإيثانول الكيميائي الحراري من lignocellulosic الكتلة الحيوية على أساس الحالة الحالية للتكنولوجيا والتوليف لم يتم تقييم المحفزات اقتصاديًا حتى الآن. وبالتالي ، فهو لا يزال غير معروف أي مسار ، حراري أو كيميائي حيوي ، هو حاليًا أكثر نضجًا وواعدًا لإنتاج الإيثانول من الكتلة الحيوية. هذه المقالة جزء من دراسة أكبر تهدف إلى الناحية الاقتصادية تقييم التحويل الحراري الكيميائي للكتلة الحيوية إلى الإيثانول. اثنين تعتبر تقنيات التغويز في الدراسة: تعميم تغويز الطبقة المميعة وتغويز التدفق المقيد. هذه تركز المادة على العمليات القائمة على تغويز التدفق الجيني. أ المادة اللاحقة سوف تتعامل مع تلك القائمة على تداول مميع تغويز السرير ومقارنتها مع العمليات التي تم تقييمها في هذا العمل. على وجه الخصوص ، هذه الورقة تقيم اقتصاديا السيناريوهات الحالية والمستقبلية. في السيناريوهات الحالية ، العملية المصانع المقترحة تستخدم فقط التقنيات المتاحة وأحدث التقنيات محفزات الكحول المختلطة (RheMn / SiO2 و KCoMoS2 المحفزات). في السيناريوهات المستقبلية ، فإن آثار التحسينات في أداء محفز MoS2 على المدى المتوسط والطويل و توافر أنظمة تغذية الكتلة الحيوية الصلبة المضغوطة تقييم. كما سيظهر أدناه ، تطوير أكثر كفاءة تقنيات إنتاج الأكسجين المضغوط هي أيضًا مفتاح جانب لهذه العملية ولكن لم يتم استكشاف تأثيرها في هذا العمل. تمت مناقشة أداء واقتصاديات الحالات المختلفة وأيضًا مقارنتها بأحدث إنتاج للمواد الكيميائية الحيوية الإيثانول من الكتلة الحيوية lignocellulosic. يستخدم Aspen Plus 2006.5 كملف أداة محاكاة لحل موازين المواد والطاقة. هؤلاء تستخدم النتائج لحساب تكلفة إنتاج الإيثانول. 2. تصميم ونمذجة بدائل العملية يوضح الشكل 1 التكوين العام لملاحظة النبات الاختلافات لكل نوع من المحفز. العمليات التجارية المختارة تشمل إزالة غاز حمض السيليكسول ، إعادة التشكيل الحراري الذاتي ، وحدات تحويل غاز المياه الحامضة وفصل الهواء (ASU). من جهة أخرى مصانع الانحلال الحراري اليدوية السريعة لإنتاج الطين الحيوي من الكتلة الحيوية ، الغازات المتدفقة المتأصلة للطين الحيوي والمفاعلات التحفيزية لـ تخليق الكحول المختلط غير متوفر تجارياً. متوقع أنها ستكون متاحة في المستقبل القريب بناءً على خبرة في النباتات التجريبية للانحلال الحراري السريع للكتلة الحيوية [22،23] وتكييف التدفق التجاري للفحم الملاط المُغوِّزات ومفاعلات تصنيع الميثانول. كأساس تصميمي ، يبلغ حجم النبات 2140 طن جاف / يوم من الحور تم تحديد شريحة (500 ميجاوات في الساعة). التحليل النهائي للكتلة الحيوية يتم عرض المواد الأولية في الجدول 1. يتم اختيار حجم المصنع هذا عادةً في الدراسات الاقتصادية لنباتات الكتلة الحيوية إلى السوائل (BTL) [12،18e21،24]. تم تصميم المصنع وفق معايير الاكتفاء الذاتي للطاقة ، أي بدون استيراد أو تصدير الكهرباء و / أو الحرارة. والسبب هو تقليل أكبر قدر ممكن من صافي الكربون الانبعاثات الناتجة عن إنتاج الإيثانول. ومع ذلك ، هذا في تكلفة انخفاض إنتاج الإيثانول كجزء من غاز التخليق الكتلة الحيوية تراب القلويات H2O سريع التحلل الحراري تغويز إخماد شمعة مرشح WGS (Rh) الغسيل H2O NH3 NH4Cl سيليكسول (S2Mo) سرير ZnO H2S O2 H2S فلاش مفاعل سيليكسول G-L سرير ATR ZnO (Rh) H2O O2 ثاني أكسيد الكربون H2S H2S مثبت مشترك دورة MeOH EtOH PrOH أضواء H2O تقطير الجفاف يجب تحويلها لإنتاج الطاقة. تحت ال وصف ونمذجة الأقسام الرئيسية للمصنع (المعالجة والتغويز وتكييف الغاز التخليقي والتوليف فصل المنتجات). منذ كل محفز يفرض قيود محددة على الغاز المراد تغذيته للمفاعل التخليقي ، ترتيب كل بديل يعتمد إلى حد كبير على نوع المحفز. لذلك ، الخصائص الرئيسية لكل محفز تمت مناقشتها أولاً. 2.1. اختيار المحفزات تم الإبلاغ عن محفز RheMn / SiO2 بواسطة Pacific Northwest National مختبر (PNNL) في حالتي تشغيل [25] واثنين محفزات KCoMoS2 الحاصلة على براءة اختراع بواسطة Dow Chemical [26] و Abengoa تم اختيار تقنيات الطاقة الحيوية الجديدة (ABNT) [27] ، على التوالي وفقًا لمعايير المحفزات ذات أعلى إنتاجية من الإيثانول لكل في الأدب. يتضمن الجدول 2 أداء المحفزات من حيث التحويل والانتقائية للمنتجات. بالنسبة كل محفز ، يمكن تحقيق انتقائية أعلى للإيثانول في تكلفة انخفاض تحويل ثاني أكسيد الكربون على الرغم من أن هذا لا يؤدي بالضرورة لزيادة إنتاجية الإيثانول. مجموع الانتقائية للكحوليات مماثلة ل جميع المحفزات باستثناء محفز PNNL 1 ، وهو أمر لافت للنظر أعلى. فرق كبير بين هذه الأنواع من الحفاز أن انتقائية الكربون تتحول إلى ثاني أكسيد الكربون في محفزات MoS2 بينما يتم تحويله إلى الهيدروكربونات لمحفز الروديوم. بجانب، تتطلب محفزات MoS2 50e100 جزء في المليون من الكبريت على شكل H2S في الغاز التخليقي للحفاظ على كبريتية المحفز [2،5] بينما H2S هو سم لمحفز الروديوم. يميل ثاني أكسيد الكربون في الغاز التخليقي إلى تثبط نشاط كلا النوعين من المحفز ولكن ليس من الواضح ماذا يُسمح بمستوى تركيز ثاني أكسيد الكربون لمنع هذا التأثير [2]. في في هذا العمل ، تم تحديد مستوى 5٪ من ثاني أكسيد الكربون لكلا النوعين من المحفزات باتباع توصية S. Phillip [18] لمحفزات MoS2. تؤدي هذه المتطلبات إلى الحاجة إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون لكلا النوعين المحفز وإزالة H2S القصوى لمحفزات الروديوم. الجدول 2 يعرض أيضًا تقديرات أداء تقريبية لمحفزات MoS2 في متوسط (5 سنوات) وطويل (10 سنوات) بناء على الخبرة التي اكتسبتها Abengoa Bioenergy في تطوير محفزها. هو - هي ليس من المتوقع أن تنخفض انتقائية ثاني أكسيد الكربون في المستقبل لأن ثاني أكسيد الكربون ينتج بالاشتراك مع الكحوليات. الكحول آلية التكوين فوق محفزات MoS2 تنتج الماء بشكل مشترك والتي يتم تحويلها بسرعة إلى ثاني أكسيد الكربون بسبب النشاط المرتفع لـ تفاعل تحويل غاز الماء لهذه المحفزات [28]. لذلك ، زيادة من المفترض أن الانتقائية إلى الإيثانول على حساب تقليل انتقائية للكحولات الأخرى (الميثانول والكحول العالي). أعلى من المتوقع أيضًا أن يكون التحويل لكل مسار من أول أكسيد الكربون يمكن تحقيقه في المستقبل من خلال تطوير محفزات أكثر نشاطًا. 2.2. المعالجة المسبقة والتغويز جهاز تغويز التدفق المغوي بالضغط المنفوخ بالأكسجين تعمل عند 1300 درجة مئوية ، مما أدى إلى عدم إنتاج القطران [29]. ونتيجة لهذا درجة حرارة تشغيل عالية تم تصميمها كمفاعل توازن [30]. يتم ضبط ضغط التشغيل وفقًا للتوليف ضغط المحفز لتقليل ضغط الغاز التخليقي. ال يتم اختيار ضغط التغويز عند 60 و 70 بار للروديوم و محفزات MoS2 ، على التوالي. في حالة المحفزات MoS2 ، فإن ضغط التغويز محدود بالضغط الأقصى المسموح به لمفاعل تحول غاز الماء الحامض (WGS) الموجود في اتجاه مجرى النهر [31]. بسبب ضغط التشغيل المرتفع للمغوز ، تقليدي أنظمة التغذية للكتلة الحيوية الصلبة ليست مناسبة [29،32،33] و ومن ثم ، يتم تحويل الكتلة الحيوية أولاً إلى ملاذ حيوي عن طريق الانحلال الحراري السريع. يعد ضخ عجائن الفحم في أجهزة تغويز الضغط تقنية ناضجة ، التي تم اختبارها أيضًا من أجل الطعن الحيوي من الكتلة الحيوية الانحلال الحراري [34،35]. الإنتاج اللامركزي للطب الحيوي ليس كذلك تم اعتباره في هذا العمل ويتم تحويل الكتلة الحيوية إلى طح حيوي في مصنع الانحلال الحراري فلاش في الموقع. في عملية الانحلال الحراري السريع (الشكل 2) يتم تجفيف الكتلة الحيوية أسطوانة دوارة تصل إلى 7٪ بالوزن من الرطوبة والأرض في مطحنة المطرقة حتى حجم الجسيمات 2 مم. يتم تغذية المنتج إلى طبقة الانحلال الحراري المميعة مفاعل يعمل عند 500 درجة مئوية والضغط الجوي. في ال مفاعل الانحلال الحراري يتم تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز خفيف ، ثقيل الهيدروكربونات والفار. يتم تكثيف الهيدروكربونات الثقيلة بواسطة تبريد الغاز على مرحلتين إلى 100 درجة مئوية و 35 درجة مئوية عن طريق التبريد بالزيت الحيوي والتبادل الحراري غير المباشر مع التبريد الماء ، على التوالي. يتم تطهير الغاز الخفيف المنتج في المفاعل ليتم حرقها لتوليد الحرارة للتحلل الحراري ، في حين أن غاز التميع يعاد تسخينه وإعادة تدويره في المفاعل. تتم إزالة الفحم الموجود في الغاز في الإعصار الحلزوني ، ثم طحنه ثم خلطه بالهيدروكربونات المكثفة لإنتاج الطحالب البيولوجية. تم تصميم مصنع الانحلال الحراري باستخدام البيانات ذكرت من قبل رينجر وآخرون. [36] مع معايير الاكتفاء الذاتي من الطاقة من تلقاء نفسها. بهذه الطريقة ، يمكن أن يكون الطحالب كمادة خام يتم إنتاجه بشكل مستقل عن باقي أجزاء النبات. الانحلال الحراري المفاعل تظهر م في الجدول 4. تتسبب الكمية الكبيرة من المياه التي يتم تغذيتها في جهاز التحويل إلى ارتفاع استهلاك الأكسجين (تم الحصول عليه من ASU) وانخفاض الميثان المحتوى في الغاز المنتج. هذا الأخير يرجع إلى إصلاح الميثان ، على الرغم من أنه يعتقد أن محتوى الميثان في الغاز هو التقليل من شأنها في المحاكاة على الرغم من حقيقة أن منخفضة تم الإبلاغ عن محتوى الميثان لتغويز التدفق الجيني من الطحالب الحيوية [34]. 2.3 تنظيف الغاز وتكييفه يتم تبريد الغاز الناتج إلى 500 درجة مئوية عن طريق التبريد بالماء يصلب الرماد اللزج ويمنع التلوث في المعدات النهائية (يتم اختيار 500 درجة مئوية بسبب المحتوى القلوي العالي النموذجي لرماد الكتلة الحيوية [39]). ثم يتم تبريد الغاز التخليقي إلى 400 درجة مئوية في مبرد غاز تخليقي متكامل في دورة البخار لتسخين البخار. عند 400 درجة مئوية معظم ترسب المركبات القلوية في غاز التخليق على الرماد المتطاير ، وهو تم التقاطها في مرشح شمعة [40]. بعد ذلك ، يتم ضبط نسبة H2 / CO الخلد في مفاعل WGS حامض لتلبية متطلبات H2 / CO للمزيج محفز كحول. محفز WGS الحامض يتحمل الكبريت وهناك لا حاجة لإزالة H2S مسبقة. في الواقع ، يجب أن يكون H2S موجودًا في الغاز التخليقي للحفاظ على العامل الحفاز نشطًا [40]. في مفاعل WGS الحامض يحدث أيضًا تحويل COS و HCN إلى H2S و NH3 ، مما يسمح بذلك سهولة إزالة هذه المركبات فيما بعد [40]. درجة حرارة تم ضبط مفاعل WGS الحامض عند 400 درجة مئوية [31] ، بينما يكون ضغط التشغيل عمليا ذلك من المغويز. ليست هناك حاجة لتغذية الضغط العالي البخار إلى مفاعل WGS حيث يكون الغاز التخليقي مشبعًا تقريبًا الماء بعد إخماد الماء السابق. نسبة H2 / CO الخلد في تم التحكم في مدخل مفاعل الكحوليات المختلطة عن طريق تغذية جزء من الغاز التخليقي في مفاعل WGS (w30٪ و w35٪ في الحالة من المحفزات القائمة على MoS2 والروديوم على التوالي). الكسر مشابه لكلا النوعين من المحفزات على الرغم من نسبة H2 / CO الخلد الأكبر مطلوب للمحفزات القائمة على الروديوم. والسبب هو أنه في حالة المحفزات القائمة على الروديوم يتم إنتاج كمية أكبر من H2 بواسطة إعادة تشكيل الغاز المعاد تدويره من مفاعل التوليف مثل هذه المحفزات أكثر انتقائية للميثان. الحرارة المنبعثة في WGS يستخدم المفاعل لتوليد بخار عالي الضغط. ردود الفعل في تم افتراض أن مفاعل WGS الخام يحقق التوازن عند 410 درجة مئوية (درجة حرارة تصل إلى 10 درجة مئوية للتوازن). بعد مفاعل WGS الخام ، يكون NH3 والآثار المحتملة لـ NH4Cl يتم إزالتها في جهاز تنقية الغاز فينتوري بالماء. نسبة تصميم 1 م 3 من يتم اختيار الماء لكل 1000 م 3 من الغاز [41]. جهاز تنقية الغاز فينتوري على غرار فلاش ثابت الحرارة. ثم ، في حالة MoS2 المحفزات ، يتم تبريد الغاز التخليقي المسحوب إلى 60 درجة مئوية و مضغوط لضغط التوليف في ضاغط أحادي المرحلة (78٪ كفاءة isentropic) قبل تغذيتها إلى حلقة التوليف. في في حالة محفز الروديوم ، يجب إزالة كبريتيد الهيدروجين تمامًا من الغاز التخليقي. يتم تحقيق ذلك من خلال معالجة الغاز التخليقي أولاً قسم من مصنع سيليكسول ، حيث يتم إزالة كبريتيد الهيدروجين بشكل انتقائي حتى 10 جزء في المليون باستخدام مذيب مشبع بثاني أكسيد الكربون من القسم الآخر من نبات Selexol الموجود في حلقة التوليف. ثم يتم علاجها يتم تسخين غاز التخليق إلى 375 درجة مئوية ويتم تغذيته في طبقة تلميع ZnO ، حيث يتم تسخين يتم تقليل محتوى كبريتيد الهيدروجين إلى 50 جزء من المليار [42]. الغاز الحمضي الغني بـ H2S من يتم إرسال نبات السيليكسول إلى عامل تحفيزي للأكسدة في المرحلة السائلة عملية (LO-CAT) حيث يتم التقاط H2S وتحويله إلى عنصر الكبريت. تم اختيار عملية LO-CAT لأنها كذلك مناسب لمقياس إنتاج منخفض الكبريت (أقل من 20 طن / يوم ، 720 كجم / اليوم S في حالتنا) [43،44]. تم محاكاة نبات Selexol باستخدام نموذج مبسط يتم فيه تحديد تقسيمات المكونات بواسطة المستخدم لتلبية محتوى تصميم H2S للغاز المعالج. LO-CAT تمت محاكاة العملية كمفاعل تحويل عند 45 درجة مئوية حيث كل شيء يتأكسد H2S الوارد إلى الكبريت عن طريق تغذية كمية كافية من الهواء. 2.4 حلقة التوليف يتم عرض تكوين الغاز التخليقي الذي يتم تغذيته في حلقة التوليف في الجدول 5 لكل نوع من محفز الكحول المختلط. حلقة التوليف تشتمل على أربع مراحل على الأقل ، بغض النظر عن نوع المحفز (الشكل 1): مصنع سيليكسول ، مفاعل تخليقي ، مصلح ذاتي الحرارة و فاصل الغاز السائل. تزيل نباتات Selexol ثاني أكسيد الكربون لتلتقي بـ 5٪ من جزيء ثاني أكسيد الكربون عند مستوى مدخل المفاعل. كما أنه يمنع تراكم ثاني أكسيد الكربون لأن ثاني أكسيد الكربون يتولد في مفاعل التوليف ومصلح ذاتي الحرارة. لهذه العملية باستخدام محفز MoS2 ، يحتوي الغاز التخليقي على H2S الذي يجب أن يكون تمت إزالته لتلبية 50 جزء في المليون من كبريتيد الهيدروجين عند مدخل المفاعل. الحمض الناتج يتم إرسال الغاز المحتوي على H2S و CO2 إلى عملية LO-CAT ، وهي الجدول 3 مصنع الانحلال الحراري: الافتراضات والنتائج الرئيسية للنمذجة. عائد مفاعل الانحلال الحراري السريع (g / g علف جاف) [37] العناصر العضوية الشاملة تكوين أ (٪ بالوزن) [36] تكوين الغاز (٪ بالوزن) [36] تكوين منتج Bioslurry (٪ بالوزن) وأداء المصنع المواد العضوية 59.9٪ C 60٪ CO2 41.37٪ مواد عضوية 68.48٪ ماء التفاعل 10.8٪ H 4.08٪ CO 50.07٪ Char 10.26٪ الفحم 16.2٪ O 35.2٪ CH4 0.26٪ إجمالي المياه 21.26٪ غاز 13.1٪ N 0 C2H4 1.08٪ HHV (w.b) 19 ميجا جول / كجم إجمالي 100٪ Sb 0 H2 4.49.2 تم محاكاة النملة باستخدام نموذج مبسط حيث ينقسم H2S و / أو CO2 تم تحديدها لتلبية الأهداف المذكورة في مدخل المفاعل. في محاكاة مستقلة ، كان مصنع Selexol صارمًا تمت محاكاته باستخدام نموذج امتصاص Selexol بواسطة Aspentech [45] إيجاد أن 1٪ من ثاني أكسيد الكربون الداخل و H2 قد يُفقد في المذيب التجديد ، لذلك في النموذج المبسط ، تكون انقسامات ثاني أكسيد الكربون و H2 تم تعيين هذه القيم. استهلاك الطاقة في Selexol قدر المصنع بـ 205 كيلو جول لكل كيلوجرام من ثاني أكسيد الكربون المزال [46]. يتم تسخين الغاز التخليقي من مصنع Selexol إلى درجة الحرارة من المفاعل التخليقي ثم تحويلها إلى كحول في مفاعل التوليف. تم محاكاة هذا الأخير باعتباره متساوي الحرارة مفاعل غير متكافئ (RYIELD في Aspen Plus) بناءً على ما هو معروف توزيع غلة المحفزات (الجدول 2). مقدار كل يتم حساب المنتج الكربوني مباشرة من توزيع الغلة بينما يتم حساب الماء المنتج في المفاعل عن طريق الإغلاق التوازن الذري للأكسجين. يتم تبريد دفق المفاعل لفصل المكثف المنتجات من الغاز التخليقي غير المتفاعل والمنتجات الخفيفة في الضربة القاضية على شكل وميض. يتم تبريد النفايات السائلة على التوالي إلى 96 ، 60 و 40 و 20 درجة مئوية عن طريق التبادل الحراري من عملية إلى عملية ، مبرد بالهواء المبادلات الحرارية ومبادلات حرارة مياه التبريد والأمونيا دورة التبريد. كانت أدنى درجة حرارة تم اختيارها هي المقايضة بين استعادة الكحول وفقدان غاز التخليق بسبب الذوبان في الكحوليات. يتم إرسال المنتجات القابلة للتكثيف إلى قطار فصل ، يتم تطهير جزء من غاز التخليق إلى دورة مركبة لتلبية متطلبات الطاقة للمحطة بينما يتم إعادة تدوير باقي الغاز. أ يتم إرسال جزء من الغاز التخليقي المعاد تدويره إلى مصلح ذاتي الحرارة إلى الحد من محتوى الهيدروكربون الخفيف (الميثان بشكل أساسي) إلى 8٪ مول عند مدخل المفاعل. في العملية باستخدام محفز MoS2 ، غاز التخليق تم إرساله إلى جهاز الإصلاح الذاتي التسخين مسبقًا إلى 375 درجة مئوية ونزع الكبريت في طبقة ZnO لأن H2S هو سم للإصلاح المحفزات [47]. يتم خلط الغاز التخليقي المراد إصلاحه بالأكسجين و بخار مشبع بالضغط العالي ويتم تسخين الخليط مسبقًا 550 درجة مئوية [48] قبل دخول جهاز الإصلاح الذاتي. هذا المفاعل تعمل عند ضغط حلقة التوليف و 1000 درجة مئوية كمفاعل توازن ثابت الحرارة حيث تكون مقادير تم ضبط الأكسجين والبخار للتحكم في درجة الحرارة عند 1000 درجة مئوية ونسبة البخار إلى الكربون عند 2 (الكربون في الهيدروكربونات الخفيفة). لأن التوازن الكيميائي المتوقع اكتماله إصلاح الميثان تم فرض 2٪ من الميثان الداخل لم يتم إصلاحه من أجل أن يكون أقل تفاؤلا. يتم تبريد الغاز التخليقي المحسن على التوالي إلى 60 درجة مئوية عن طريق التوليد البخار ، التسخين المسبق لتغذية جهاز الإصلاح الذاتي ، التبادل الحراري من عملية إلى عملية والمبادلات الحرارية المبردة بالهواء. يتم خلط الغاز التخليقي المعدل مع الغاز التخليقي غير المعدل و الغاز التخليقي المشروط كما هو مبين في الشكل 1 ، يرسل الخليط إلى مصنع سيليكسول. 2.5 قسم الفصل تيار المكثفات من فاصل الغاز السائل هو منزوعة الضغط وإرسالها إلى قطار فصل لاستعادة الكحول. يوضح الجدول 6 تركيبة المكثفات من السائل الغازي فاصل لاثنين من محفزات معينة. شرح ل يمكن للكمية الهائلة من المياه الناتجة عن محفز الروديوم أن يكون محفز الروديوم ، بخلاف محفز MoS2 ، غير نشط لـ تفاعل تحول غاز الماء ، حيث يشير إلى انتقائية منخفضة لثاني أكسيد الكربون (الجدول 2) ، والمياه التي تنتج بالاشتراك مع الإيثانول ليست كبيرة تحولت إلى CO2. يجب إزالة الماء قبل محاولة فصل الإيثانول والكحول العالي بالتقطير البسيط المستحق إلى ماء الكحول الأزيوتروبس. يختلف قطار الفصل قليلاً للعمليات التي تستخدم محفزات MoS2 والروديوم بسبب تركيز الماء المختلف في المكثفات. لمحفزات MoS2 يتم تغذية تيار المكثفات إلى عامل استقرار حيث يذوب تتم استعادة الغازات والميثانول على شكل بخار ونواتج تقطير سائلة ، على التوالي (مكثف جزئي) ، بينما باقي الكحولات و يتم استعادة المياه في القيعان. في المقابل ، بالنسبة للروديوم محفز يتم استرداد معظم الماء في قيعان بينما الكحولات ذات المحتوى المنخفض من الماء والمذابة يتم استرداد الغازات على شكل نواتج التقطير السائل والبخار ، على التوالي. في كلتا الحالتين ، يكون تيار الماء والكحول الناتج يتم تبخيرها وتسخينها إلى 150 درجة مئوية وتغذيتها في المجففات (جزيئي المناخل) حيث تتم إزالة الماء تمامًا. الكحولات ثم تقطر في تسلسل مباشر. محاكاة التقطير تم تصنيع الأعمدة باستخدام نماذج تقطير صارمة في Aspen Plus (موديلات Radfrac). تمت محاكاة المناخل الجزيئية باستخدام SEP نموذج حيث تم تعيين فصل الماء لتلبية الإيثانول بدرجة الوقود المعايير. 2.6. جوانب أخرى في النمذجة نناقش باختصار الجوانب الرئيسية المختلفة للنمذجة أدناه ، بما في ذلك الطريقة الديناميكية الحرارية ، معايير التكامل الحراري وبعض تفاصيل التقييم الاقتصادي. 2.6.1. طرق الديناميكا الحرارية تي حلقة التوليف ، حيث إنها قادرة على التعامل مع مخاليط غير قطبية والمركبات القطبية المعتدلة في نطاق واسع من الضغوط و درجات الحرارة [49]. طريقة NRTL مع RedlicheKwong تم اختيار معادلة الحالة لنمذجة سائل الغاز عالي الضغط الفاصل كما اقترح باتيل [50] ، الذي قام بتقييم مختلف نماذج ديناميكية حرارية لتمثيل توازن الطور بدرجة عالية فواصل ضغط الغاز عن السائل لإنتاج الكحول الصناعي العمليات. 2.6.2. تكامل الحرارة تم تصميم العمليات لتكون مكتفية ذاتيا من الطاقة ، أي بدون استيراد أو تصدير الكهرباء و / أو الحرارة المفيدة. في على وجه الخصوص ، قسم المعالجة المسبقة (مصنع الانحلال الحراري السريع) هو مصممة لتكون مكتفية ذاتيا للطاقة من تلقاء نفسها بينما بقية المصنع متكامل الحرارة عالميًا. يتم تنفيذ التكامل الحراري باليد بهدف تعظيم إنتاج البخار ، كما هو الحال في هاملنك [41]. لا يتم استخدام تحليل نقطة قرصة من أجل تجنب شبكات مبادلات حرارية معقدة للغاية ، مما يحافظ على التكامل بسيط. يلخص الملحق 1 الجوانب الرئيسية المتبعة لـ تكامل الحرارة. 2.6.3. اقتصاديات العملية وتقديرات التكلفة لكل محفز كحول مختلط حد أدنى لسعر بيع الإيثانول على استرداد الاستثمار الأولي زائد 10٪ معدل العائد بالنظر إلى تمويل حقوق الملكية بنسبة 100٪. يتم حسابه على أنه سعر بيع الإيثانول مما يجعل صافي القيمة الحالية لـ مشروع صفر. المعلمات الاقتصادية للتدفق النقدي المخصوم يظهر التحليل في الجدول 7 وحساب رأس المال الثابت التكلفة وتكاليف التشغيل موضحة في الملحق 2. كما سيظهر لاحقًا ، تهيمن تكاليف التشغيل تكلفة المواد الأولية للكتلة الحيوية التي تعتمد على عوامل مثل موقع المصنع وطلب السوق. لقد نظرنا في حالة أساسية 66 دولار / طن جاف (3 دولار / جيجا جول / طن جاف) من اجل المقارنة مع تقييمات فنية اقتصادية أخرى في الكتابات ([18،41]) لكن عدم اليقين مرتفع ويتم إجراء تحليل الحساسية في قسم النتائج للتنبؤ بتأثير تكلفة الكتلة الحيوية على ربحية العمليات. الحد الأدنى لسعر بيع الإيثانول تتأثر أيضًا بالإيرادات من إنتاج الكحوليات الأخرى في النبات ، أي الميثانول والبروبانول والبيوتانول و البنتانول. تم تحديد سعر بيع الميثانول عند 243 دولار / طن [51] بينما يُفترض أن تكون أسعار البيع للآخرين هي سعر السوق لـ n- بيوتانول ، أي 760 دولار / طن [52]. 3. النتائج والمناقشة 3.1. كفاءة الطاقة يوضح الشكل 3 كفاءة الطاقة للمنتجات لكل محفز ، تُعرَّف بأنها طاقة في المنتج (المنتجات) / طاقة المواد الأولية للكتلة الحيوية أساس قيمة التدفئة العالية. من بين المشروبات الكحولية المختلطة الحديثة المحفزات ، ينتج عن محفز الروديوم كفاءة أعلى لـ الإيثانول من محفزات MoS2 بسبب انتقائية الإيثانول العالية. ومع ذلك ، فإن الكفاءة الإجمالية للكحول أعلى بالنسبة لـ MoS2 المحفزات. توقع زيادة الكفاءة إلى إجمالي الكحوليات محفز MoS2 في المستقبل ليس مهمًا جدًا على الرغم من زيادة كبيرة في التحويل لكل تمريرة. والسبب هو أن تتأثر الكفاءة لأي منتج أكثر من غيرها بانتقائية وإجمالي لا يتوقع أن تزداد الانتقائية للكحول في المستقبل ل محفزات MoS2. يؤثر التحويل لكل تمريرة بشكل أساسي على الاستثمار في معدات حلقة التوليف ، كما سيظهر لاحقًا. الطاقة الكيميائية في الكتلة الحيوية التي لم يتم تحويلها إلى تُفقد الكحوليات في تيارات المواد المتبقية أو يتم تحويلها إلى الطاقة الحرارية ، والتي تستخدم لإنتاج الكهرباء في البخار دورة أو توربين غازي ، ثم إطلاقه أخيرًا في الغلاف الجوي كنفايات الحرارة. يوضح الشكل 4 توزيع الطاقة الكيميائية لـ الكتلة الحيوية في المنتجات والخسائر ، وهو مشابه لجميع المحفزات. تُفقد معظم الطاقة الكيميائية في الكتلة الحيوية على شكل حرارة مهدرة في مكثفات دورات البخار ومكثفات التقطير قطار. هناك خسائر كبيرة أخرى مع تنفيس الغاز الحمضي من مصنع Selexol ، غاز المداخن من الدورة المركبة ، الأضواء يتم إزالتها في المثبت والمكثفات من براميل الإخراج. يتم شرح كفاءة المنتجات المحققة من خلال التحليل حيث يتم تحويل الطاقة الكيميائية في الكتلة الحيوية إلى طاقة حرارية طاقة. المعالجة المسبقة للانحلال الحراري الفلاش والتغويز بشدة يحد من كفاءة استخدام الطاقة للمنتجات منذ 20٪ و 21٪ من يتم تحويل الطاقة الكيميائية في الكتلة الحيوية إلى طاقة حرارية في هذه المراحل على التوالي. نتيجة لذلك ، 59٪ فقط من المادة الكيميائية يتم نقل الطاقة في الكتلة الحيوية على هذا النحو إلى غاز التخليق. في بالإضافة إلى مزيد من المعالجة للغاز التخليقي في مفاعل WGS لتلبية الجدول 7 الافتراضات الاقتصادية لتحليل التدفقات النقدية المخصومة. رأس المال العامل و يتم استرداد تكلفة الأرض في نهاية عمر المصنع. قيمة المعلمة معدل العائد 10٪ الديون / حقوق الملكية 0/100٪ عمر النبات 20 سنة الاهلاك (خطي) 10 سنوات قيمة الإنقاذ 0 مليون دولار فترة البناء 1 سنة ضريبة الدخل 30٪ تكاليف تشغيل رأس المال العامل لشهر واحد الأرض 6٪ تؤدي متطلبات H2 / CO للمحفزات إلى حرارة إضافية إطلاق طاقة بنسبة 3.2٪ و 1.6٪ لمحفزات الروديوم و MoS2 ، على التوالى. يمثل كل الطاقة الكيميائية المحولة إلى الطاقة الحرارية حتى مدخل حلقة التوليف ، 56e57.5٪ من الطاقة الكيميائية للكتلة الحيوية تظل متاحة تحويلها إلى كحول. الكفاءة النهائية للمنتجات من تحويل الطاقة الكيميائية الإضافية إلى طاقة حرارية في حلقة التوليف (الإصلاح الذاتي ، تخليق الكحولات) و احتراق تطهير الغاز التخليقي لإنتاج الطاقة. يوضح الشكل 5 متطلبات الطاقة للعملية لكل محفز ، باستثناء مصنع الانحلال الحراري. إجمالي الطلب على الطاقة في الحالات من أحدث المحفزات تتراوح من 40.9 إلى 47.1 ميجاوات أعلى طلب للعمليات القائمة على محفز الروديوم. ال السبب الرئيسي لذلك هو ارتفاع الطلب على الأكسجين للحرارة الذاتية إصلاح بسبب الانتقائية العالية للهيدروكربونات محفز الروديوم ، مما يؤدي إلى زيادة استهلاك الطاقة بواسطة ASU. في جميع الأحوال يتم إنتاج وضغط الأكسجين تمثل 75٪ من الطلب على الطاقة في المحطة. هذا راض عن طريق التوربينات البخارية التي يتم تغذيتها بالبخار المثار في العملية وبواسطة دورة مركبة يتم تغذيتها بغاز تخليقي من حلقة التوليف. أ يتم أيضًا توليد كمية صغيرة من الطاقة من خلال توسيع هذا التطهير قبل تغذيتها على التوربينات الغازية. الشكل 6 يوضح توزيع توليد الطاقة لكل محفز. توليد الضغط العالي يقتصر البخار لتوليد الطاقة على الحرارة المتاحة من النفايات السائلة لجهاز الإصلاح الذاتي ، وهو الأعلى مصدر درجة الحرارة الذي يتولد منه البخار. كلما ارتفع مستوى الانتقائية لهيدروكربونات المحفزات ، كلما ارتفعت الحرارة واجب متاح من الإصلاح ، وبالتالي ، زادت القوة الناتجة عن التوربينات البخارية. هذا يفسر أن معظم القوة يتم إنشاؤه في توربينات بخارية للعملية باستخدام الروديوم عامل حفاز. الطاقة المولدة في التوربينات الغازية هي المطلوبة تلبية الطلب المتبقي على الطاقة للمحطة. 3.2 اقتصاديات العملية وجدوى البدائل يوضح الشكل 7 تفاصيل الحد الأدنى لسعر بيع الإيثانول (MESP) للعمليات القائمة على كل محفز. في حالة الدولة من الفن المحفزات ، يتراوح MESP من 0.90e1.25 دولار / لتر ، يجري أقل بالنسبة لمحفزات MoS2 مقارنة بمحفز الروديوم. خاصه، أدنى MESP يتوافق مع العملية باستخدام ABNT محفز MoS2. على المدى المتوسط والطويل ، من المتوقع MESP لتقليل من خلال تعزيز محفزات MoS2 وصولاً إلى 0.71 دولار / لتر. ال إن ارتفاع MESP في حالة محفزات الروديوم يرجع أساسًا إلى ارتفاع سعر هذه المحفزات ، مما يترتب عليه ارتفاع تكاليف التشغيل (الشكل 8). علاوة على ذلك ، التكلفة الرأسمالية الثابتة للعملية باستخدام الروديوم المحفز أعلى بسبب انتقائه العالي للهيدروكربونات الخفيفة ، مما يؤدي إلى استثمارات أكبر في جامعة ولاية أريزونا والحرارة الذاتية مصلح (الشكل 9). ينتج عن هذا الاستثمار الأكبر في المعدات تكاليف تشغيل ثابتة أعلى للعملية باستخدام الروديوم محفزًا ، حيث يتم احتسابها من إجمالي التكاليف المركبة. من انهيار تكاليف رأس المال الثابتة (الشكل 9) يمكننا أن نرى أنه في جميع الحالات ، فإن مصنع الانحلال الحراري السريع ، ASU والمغوز هم أكبر تكاليف رأس مال ثابتة للمصنع ، تمثل ما يقرب من 60 ٪ من إجمالي تكلفة رأس المال الثابت. تكلفة دورة الطاقة مهمة أيضًا ، 19.33 19.04 19.55 19.55 19.55 19.55 3.43 5.18 0.81 1.50 1.14 0.92 11.64 12.51 10.49 10.85 10.67 10.55 6.42 6.71 5.57 5.78 5.68 5.62 4.20 3.69 4.48 5.04 5.14 4.87 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 PNNL رقم 1 PNNL Nº2 داو أبنت إم تي. إل تي. الطلب على الطاقة (Mwe) كهربائية أخرى الاستهلاكات نبات سيليكسول الأكسجين ضغط الأكسجين إنتاج ل ATR الأكسجين إنتاج ل غاز الشكل 5. متطلبات الطاقة للعملية لكل محفز كحول مختلط (MWe). قوة لم يتم تضمين الطلب على محطة الانحلال الحراري (13 ميغاواط للطحن والتجفيف و ضغط). ملاحظات: 1) يفترض استهلاك الطاقة المحدد لـ ASU 0.3 كيلو وات ساعة / كجم من O2 أنتجت في ظروف محيطة [41] ؛ 2) تشمل الاستهلاكات الكهربائية الأخرى المضخات ، الضواغط والثلاجات على محفزات MoS2 والروديوم على التوالي. شاملة، تكاليف رأس المال الثابتة كبيرة ، من 440 إلى 510 مليون دولار لأحدث التقنيات المحفزات ، وصولاً إلى 421 مليون دولار أمريكي على المدى الطويل بالنسبة إلى MoS2 المحفزات. تخفيض تكلفة رأس المال الثابت عن طريق تعزيز محفز MoS2 الخاص بـ ABNT هو 4.5٪ فقط على المدى الطويل منذ التحسن المتوقع لن يؤدي إلا إلى انخفاض رأس المال الثابت تكاليف معدات حلقة التوليف ، التي عبء على المجموع التكلفة الثابتة للمصنع صغيرة نسبيًا. يتم تحديد تكاليف التشغيل في الغالب من خلال تكلفة الكتلة الحيوية و تكاليف التشغيل الثابتة في حالة المحفزات MoS2 ولكن أيضًا تكلفة محفز التوليف في حالة محفز الروديوم (الشكل 8). هناك قدر كبير من عدم اليقين في تكاليف التشغيل المتعلقة سعر الكتلة الحيوية ومحفز الروديوم. لذلك ، حساسية تم إجراء التحليل. الشكل 10 يوضح التغييرات في MESP مع سعر الكتلة الحيوية لكل محفز. كما كان متوقعًا من قبل تفصيل MESP المعروض في الشكل 8 ، سعر الكتلة الحيوية له تأثير كبير على اقتصاد العملية. العلاقة بين MESP وسعر الكتلة الحيوية خطي ، مما يقلل من المنحدر مع كفاءة استخدام الطاقة للإيثانول. على سبيل المثال ، تغيير 10 $ / ينتج عن الطن الجاف في أسعار الكتلة الحيوية اختلاف في الإيثانول تكلفة المنتج 0.043 و 0.050 و 0.072 دولار / لتر لـ PNNL 1 ، ABNT’s ومحفزات داو كيميكال ، التي تتمتع بكفاءة طاقتها بالنسبة للإيثانول هي 28.16 و 23.86 و 16.51٪ على التوالي. لذلك ، ارتفاع نسبة الإيثانول الإنتاج المطلوب لتقليل مخاطر عدم اليقين في الكتلة الحيوية السعر. هناك أيضًا عدم يقين كبير في سعر محفز الروديوم لأن سعر السوق للروديوم النقي له تقلبت بشكل كبير في العقد الماضي ، كما هو موضح في الشكل 11. كما في الشكل 12 يظهر أن سعر السوق للروديوم يؤثر بشكل كبير على MESP. لا تزال MESPs لمحفز الروديوم أكبر من الأعلى MESP لأحدث محفزات MoS2 حتى على أقل تقدير سعر السوق التاريخي للروديوم. هذا يعني أن تحت نفس الظروف الاقتصادية ، عمليات تعتمد على محفز الروديوم التي تم تقييمها في هذا العمل لن تكون أبدًا تنافسية مثل هؤلاء بناءً على أحدث محفزات MoS2. في هذا التحليل هو يفترض أن سعر محفز الروديوم يعتمد في الغالب على سعر الروديوم النقي والتكاليف الأخرى المتكبدة في إنتاج العوامل الحفازة لا تذكر. 3.3 مقارنة مع عمليات إنتاج الإيثانول البيوكيميائية الجدوى التجارية لإنتاج الإيثانول البيوكيميائي من الكتلة الحيوية lignocellulosic (حطب الذرة) مؤخرا بواسطة Kazi et al. [53] من خلال مقارنة العديد من تقنيات المعالجة المتوقعة أن تنضج على المدى القصير. منهجية كان حساب تكلفة إنتاج الإيثانول هو نفسه المستخدم في هذا العمل ، كانت الافتراضات الاقتصادية أيضًا متشابهة جدًا (معدل عائد 10٪ ، عمر نباتي 20 سنة ، تمويل أسهم بنسبة 100٪). من بين البدائل السبعة للعملية التي تم تقييمها بواسطة Kazi et al. [53] ، كانت العملية التي تحتوي على أدنى درجة من MESP هي تلك القائمة على الكبريت المخفف المعالجة المسبقة للحمض ، التحلل المائي الأنزيمي المنفصل والتخمير المشترك من الجلوكوز والزيلوز. يوضح الجدول 8 مقارنة 511504 440441430421 0 100 200 300 400 500 600 PNNL رقم 1 PNNL Nº2 داو أبنت إم تي. إل تي. تكاليف رأس المال الثابتة (مليون دولار) فصل الكحول التوليف 1) المبادلات الحرارية دورة الطاقة 2) مصلح ذاتي الحرارة التنظيف والتكييف و ضغط الغاز التخليقي 3) وحدة فصل الهواء و ضغط الأكسجين تغويز الانحلال الحراري و Bioslurry ضغط الشكل 9. توزيع تكاليف رأس المال الثابتة (M $) لمحفز الكحول المختلط (تكلفة لم يتم تضمين الأرض). ملاحظات: 1) يشمل التركيب المفاعل التوليفي والغاز السائل فاصل. 2) تشمل دورة الطاقة نظام البخار وتوليد الطاقة ؛ 3) التنظيف ويشمل التكييف مصنع Selexol ومصنع LO-CAT ومفاعل WGS وأحواض ZnO. 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 20 40 60 80100120140 الحد الأدنى لسعر بيع الإيثانول (دولار / ل) سعر الكتلة الحيوية (دولار / طن جاف) PNNL Nº1 PNNL Nº2 داو ABNT M.T. إل تي. الشكل 10. حساسية الحد الأدنى لسعر بيع الإيثانول لسعر الكتلة الحيوية. 0 50 100 150 200 250 300 350 سعر الروديوم (دولار / جم) 2000 2002 2004 2006 2008 2010 عام الشكل 11. تطور سعر سوق الروديوم من يناير 2000 إلى أكتوبر 2010 [57]. 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 0 20 40 60 80100120 تكلفة إنتاج الإيثانول (دولار / ل)

آل عملية مع أدنى درجة MESP تم تحليلها في العمل الحالي (محفز MoS2 من ABNT). تم تحديث التكاليف إلى 2010 باستخدام ملف الرقم القياسي لأسعار المستهلك. نتائج العملية الحرارية الكيميائية تم أيضًا تحديثها باستخدام نفس سعر الكتلة الحيوية للكيماويات الحيوية معالجة. ثبت أن MESP من أحدث المواد الكيميائية الحرارية المعالجة عن طريق تغويز التدفق الداخلي أعلى بنسبة 5٪ من تلك الخاصة بـ معالجة كيميائية حيوية حديثة. العملية البيوكيميائية يظهر إنتاج إيثانول أعلى وتكلفة استثمارية أقل ولكن تكاليف تشغيل أكبر بسبب ارتفاع سعر السليلاز للأنزيم التحلل المائي. من ناحية أخرى ، فإن أحدث المواد الكيميائية الحرارية المعالجة كثيفة رأس المال لأنها تتطلب عمليات أكثر تعقيدًا. علاوة على ذلك ، هذه العملية تعاني من انخفاض إنتاج الإيثانول بسبب الانتقائية المنخفضة للإيثانول في MoS2 عامل حفاز. لذلك ، تحسين الانتقائية للإيثانول في تعد محفزات MoS2 جانبًا مهمًا للمنافسة المستقبلية مع مسار الكيمياء الحيوية. 3.4. مقارنة مع أعمال مماثلة دوتا وآخرون [20] أبلغت مؤخرًا عن الاقتصاديات التقنية لـ عملية إنتاج كحول مختلطة ، مماثلة لتلك المقترحة في هذا العمل ، بافتراض اختراقات ملحوظة في المجالات الحرجة من المتوقع أن يكون قابلاً للتحقيق على المدى القصير. على وجه الخصوص ، الرئيسية كانت الافتراضات تحسينات ملحوظة في محفز MoS2 الحالي ، (نفس الدرجة المتوقعة في هذا العمل على المدى الطويل) و تطوير مغذيات عالية الضغط للكتلة الحيوية. تحت الافتراضات الاقتصادية وحجم النبات المماثل لهذا العمل ، فإن كان MESP 0.66 دولار / لتر لسعر الكتلة الحيوية 53 دولار / طن جاف. إربا من التحسينات الهامة لمحفز MoS2 ، الأقل MESP التي أبلغ عنها Dutta et al يرجع إلى حد كبير إلى استخدام المكبس المغذي ، والذي يسمح بتغذية الكتلة الحيوية الصلبة إلى أجهزة التغويز المضغوطة دون الحاجة إلى معالجة مسبقة للانحلال الحراري مقارنة بـ هذا العمل. نتيجة لذلك ، فإن كفاءة الطاقة للكحول عالية ، حوالي 38٪ على أساس HHV. من خلال النظر في عمليات المحاكاة لدينا نفس نظام معالجة تغذية الكتلة الحيوية مثل Dutta et al (التجفيف والطحن ومغذي المكبس) ، تشير النتائج إلى أنه في أفضل حالة حالية (محفز MoS2 الخاص بـ ABNT) يمكن تقليل MESP من 0.90 إلى 0.68 دولار / لتر وعلى المدى الطويل من 0.71 دولار إلى 0.55 دولار / لتر. هذا واضح يوضح التأثير الكبير لنظام مناولة الأعلاف على اقتصاديات العملية في حالة التدفق الجوفي المضغوط الغازات [29]. 4 - نتائج وتكشف نتائج السيناريوهات الحالية أن حرارية كيميائية المعالجة باستخدام أحدث حفاز الروديوم يؤدي إلى كفاءة طاقة أعلى للإيثانول من استخدام أحدث التقنيات محفزات MoS2 ، بسبب انتقائها العالي للإيثانول. ومع ذلك ، فإن تأثير سعر محفز الروديوم على الإيثانول تكلفة الإنتاج تفوق اقتصاديًا هذا الأداء. إن تطوير محفزات الروديوم الأكثر نشاطًا من شأنه أن يقلل من تأثير سعر المحفز على تكاليف التشغيل. أدنى MESP من الإيثانول الحراري الكيميائي عن طريق التغويز بالتدفق الجيني لأحدث التقنيات المحفزات أعلى بقليل من المواد الكيميائية الحيوية الإيثانول lignocellulosic ، بناءً على نتائج Kazi et al. [53]. يبدو أن تحسين محفزات الكحول المختلطة أمر بالغ الأهمية عامل لتطوير المسار الكيميائي الحراري. تحليل تكشف التحسينات المتوقعة في محفزات MoS2 أن يمكن أن يكون الحد من MESP كبيرًا. التطورات في تكنولوجيا لانتاج الاوكسجين المضغوط وكذلك عالية تم تحديد أنظمة التغذية بالضغط للتغويز على أنها الجوانب الحاسمة لصنع الإيثانول الكيميائي الحراري عن طريق الجاب تغويز التدفق تنافسي في سيناريو مستقبلي. الأخير من شأنه أن يلغي الحاجة إلى المعالجة الحرارية المسبقة [29] ، حيث يتم فقد الطاقة الكيميائية للكتلة الحيوية ، في حين أن الأولى يجب أن تقلل من تكاليف الاستثمار والتشغيل المرتبطة إنتاج الأكسجين. وقد أكد تقييم كبير أن سيكون الحد من MESP ممكنًا إذا كانت مغذيات مكبس الكتلة الحيوية كانت متاحة في المستقبل. شكر وتقدير دعم فني من خوسيه كارابالو بيلو وخوسيه أنطونيو غارسيا ريدوندو من ABNT معترف بها بامتنان. الملحق أ. إجراء التكامل الحراري أولاً ، جرد للطلب والعرض الحراري داخل المصنع مصنوعة ، مرتبة حسب نطاق درجة الحرارة. ثم ، التيارات الساخنة والباردة مطابقة ضمن القيود التالية: 1) المطابقات بين بالقرب من الجداول (نفس قسم النبات) مفضل و 2) كحد أدنى يتم فرض اختلاف في درجات الحرارة قدره 20 درجة مئوية و 30 درجة مئوية و 40 درجة مئوية مباريات نقل الحرارة السائل ، والغاز السائل والغاز ، على التوالى. بمجرد تلبية الطلب على الحرارة من خلال عملية إلى عملية نقل الحرارة ، يتم إنتاج بخار عالي الضغط. المصادر الرئيسية لتوليد البخار هي تيارات مخرج الغاز و مصلح ذاتي الحرارة ، والتفاعل الحراري المنطلق في الخليط مفاعل الكحولات ومفاعل WGS الخام. بخار الضغط العالي أنتجت تحت ضغط تشغيل جهاز الإصلاح الذاتي الحرارة هذا هو أعلى ضغط يجب توفير البخار عنده. متوسط ضغط البخار لا يتحول إلى r انتصاب التكاليف من نتائج المحاكاة تكلفة رأس المال الثابت والتشغيل يتم تقدير التكاليف بناءً على عروض الأسعار من البائعين والهندسة كتيبات [54e56] ومنشورات علمية عامة عن الوقود الحيوي الإنتاج [18،19،41،42]. تتكون تكلفة رأس المال الثابت من التكاليف المباشرة وغير المباشرة. ال يتم احتساب التكاليف المباشرة بضرب تكلفة شراء المعدات بواسطة عامل التثبيت. يتم احتساب تكاليف الشراء عن طريق القياس إما من ارتباطات تكلفة الشراء أو عروض الأسعار من البائعين وتصحيح تأثير التضخم باستخدام مؤشر تكلفة CEPCI. يتم حساب تكاليف المعدات المركبة بواسطة تطبيق عوامل تكلفة التركيب الفردية على المقاييس المشتراة التكاليف. إذا كان عامل التثبيت غير معروف ، فمن المفترض أن يكون 2.47 وفقًا للجدول B1 [18]. يوضح الجدول B2 بيانات تكلفة المعدات التي تمثل معظم استثمار رأس المال. التوليف يعتبر المفاعل وعاء مضغوط لتقدير التكلفة الأغراض ويتم تحديد حجمه بناءً على GHSV للمحفز و نسبة ارتفاع إلى قطر 2. فيما يتعلق بالمبادل الحراري الشبكة ، يتم حساب تكلفة شراء المبادلات من ارتباط التكلفة [54] للمبادلات الحرارية ثنائية الأنابيب إذا كان مساحة التبادل المطلوبة أقل من 200 قدم مربع أو لتسخين أنبوب U المبادلات خلاف ذلك. يتم حساب مساحة السطح المطلوبة من معادلة نقل الحرارة Q ¼ UA (DT) m ، حيث Q هي الواجب الحراري ، U هو معامل انتقال الحرارة العالمي ، منطقة التبادل و (DT) m هو اللوغاريتم المتوسط لفرق درجة الحرارة بافتراض نقي التبادل الحراري المعاكس. يتم تقدير معاملات U من كتيبات الهندسة [55،56]. أخيرًا ، التكلفة الإجمالية المثبتة يتم حساب (TIC) عن طريق إضافة تكلفة المعدات الفردية. يتم تقدير التكاليف غير المباشرة كنسبة مئوية من TIC ، كما هو مبين في الجدول B1. أخيرًا ، يتم حساب تكاليف التشغيل وفقًا للجدول B3. يتم حساب تكاليف التشغيل الثابتة كنسبة مئوية من TIC أثناء يتم احتساب تكاليف التشغيل المتغيرة على أساس تكلفة المواد الاستهلاكية المعروضة. دور مصدر التمويل تم تمويل هذا العمل بالكامل من قبل Abengoa Bioenergy New التقنيات (ABNT) والمنفذة في إطار CENIT مشروع "I þ DEA" ، الذي شاركت فيه وزارة العلوم الإسبانية و يمنح الابتكار 50٪ من ميزانية المشروع. دور ABNT في صنع الورق يقتصر على توفير المعلومات التقنية للتقييم. الجدول B1 عوامل التكلفة لتقدير التكاليف المباشرة وغير المباشرة كنسبة مئوية من شراء معدات التكلفة (PCE) والتكلفة الإجمالية المثبتة (TIC) ، على التوالي. التكاليف المباشرة مأخوذة من المرجع [18]. التكاليف المباشرة٪ PEC 39- شراء المعدات اللازمة الأجهزة والتحكم 26 31 الأنظمة الكهربائية 10 بناء (شامل الخدمات) 29 تحسينات الساحة 12 إجمالي التكاليف المباشرة 147٪ التكاليف غير المباشرة٪ TIC التصميم الهندسي والمشتريات 7.9٪ إدارة ومراقبة المقاول 2.2٪ قطع غيار رأس المال وتكاليف أخرى 2٪ تدريب المشغل 1٪ بدء المساعدة 1٪ طوارئ المنشئ 15٪ إجمالي التكاليف غير المباشرة 29.1٪ الجدول B3 بيانات لحساب تكاليف التشغيل. يفترض 8000 ساعة تشغيل في السنة. تكاليف التشغيل الثابتة٪ TIC العمالة 1.56٪ صيانة 1.50٪ مصاريف عمومية 3.07٪ خدمات الإدارة والتشغيل 0.44٪ تكلفة البضائع المباعة والتسويق الإلكتروني والخدمات اللوجستية وغيرها 1.32٪ تأمين 0.50٪ المجموع 8.39٪ تكاليف التشغيل المتغيرة الكتلة الحيوية (دولار / طن جاف) 66 محفز ATR (دولار / كجم) أ 10.30 محفز Rh (محفز دولار / كجم) ب 4232 محفز S2Mo (دولار / كجم محفز) ج 11.57 Lo-Cat Chemical (دولار / كجم من الكبريت المنتج) 0.15 مياه الصرف (دولار / م 3 ) 0.6 كيماويات الغلايات (دولار / طن) 0.12 تنقية المياه (دولار / طن) 0.34 تكلفة التخلص من الرماد (دولار / طن) 29.02.2020 أ GSHV (الشروط القياسية) ¼ 1780 ساعة 1 ، 25٪ استبدال المحفز في السنة ، كثافة المحفز ¼ 910 كجم / م 3 . ب 20٪ استبدال المحفز في السنة ، كثافة المحفز 500 كجم / م 3 6٪ بالوزن محتوى الروديوم في المحفز [25] ، الروديوم النقي سعره 70.5 دولار / جم (أكتوبر 2010 [57]). ج 20٪ استبدال المحفز سنويًا ، كثافة المحفز 625 كجم / م 3 . الجدول B2 البيانات الخاصة بحسابات التكلفة الرأسمالية لأهم المعدات. معادلة القياس: التكلفة / قاعدة التكلفة ¼ (المقياس / Scalebase) ن . شراء قاعدة الوحدة التكلفة (مليون دولار) المرجعي عام مقياس عامل (ن) قاعدة الوحدات مقياس تثبيت فاكتورا المرجعي مصنع التحلل الحراري السريع 44.8 2003 0.70 طن كتلة حيوية جافة / يوم 2000 1 [58] EF Gasifier Quenchd 120.05 2006 0.70 مدخلات طاقة الطين (MWLHV) 730 1 [59] وحدة فصل الهواء 254.55 2007 تم إنتاج 0.70 طن أكسجين / يوم 533.3 1 [60] ضاغط الأكسجين 7.82b 2009 0.70 ميجاوات كهربائية (استهلاك الكهرباء) 38.23 1.32 Quote مصنع سيليكسول 48.00 2000 0.75 كمول تمت إزالة ثاني أكسيد الكربون / ساعة 9909 1 [41] جهاز إصلاح ذاتي الحرارة 31.02 2009 0.67 م 3 خرج STP / s 119.6 1 [61] التوربينات الغازية þ HRSG 20.7 2002 0.70 ميجاوات كهربائية (صافي إنتاج الطاقة) 26.30 2.47c [41] (أ) عامل التثبيت هو 1 إذا كانت التكلفة الأساسية تتضمن بالفعل التكاليف المباشرة. ب تمت زيادة تكلفة الضاغط التقليدي من عرض أسعار البائع بنسبة 40٪ بسبب التصميم الخاص لضواغط الأكسجين [41]. ج مقدرة في الجدول B1. د تكلفة التغويز ط. دكتور حمدي سيف عامر عبد الجواد (نقاش) 20:41، 25 فبراير 2021 (ت ع م)