Skip to main content
SUPERVISOR
کیخسرو کریمی (استاد راهنما) مرضیه شفیعی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Parisa Nazemi Ashani
پریسا ناظمی اشنی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
Biobutanol is an advanced biofuel with a number of advantages. In comparison with other biofuels, it has the advantages of higher energy content, closer air/fuel ratio to that of gasoline, less corrosion problems, and lower vapor pressure. The most important drawback of biobutanol production, which negatively affects the process economy, is relatively low production yield. Biobutanol can be produced from sugar, starch, and lignocellulosic-based materials. Currently corn, sugarcane, palm oil, soy and rape are the main raw materials for the production of biofuels. However, there has been much debate about the negative effects of biofuel production on the food price. Therefore, many of recent studies have focused on lignocellulosic raw materials. These materials are produced in large quantities with low prices. However, the economic viability of biobutanol production from lignocelluloses has not been commercially proved yet. In this study, municipal solid wastes have bees used as a raw material to produce biobutanol. Aspen Plus ® V8.8 was used to simulate the process, while Aspen Process Economic Analyzer ® V8.8 was further used to evaluate economical aspects of biobutanol production. Assuming a selling price of 1.6 $/kg of butanol, six scenarios were studied and evaluated using different methods for production and separation, including conventional distillation separation, coupled gas stripping with fermentation, and pervaporation. Among all scenarios, the one which uses coupled gas stripping with fermentation as well as pervaporation showed the best results in the economic evaluation. The payout period of this scenario is 2.9 years with a total investment cost of 310 million United States dollars. In contrast, the scenario that used the conventional separation system with distillation towers showed the least profit, having 15.9 years of payout period and 387 million dollars total investment cost. Keywords Biorefinery, ABE production, Acetone-Butanol-Ethanol, Municipal Solid Wastes, Techno-economic evaluation
در سال‌های اخیر نیاز به منابع جدید انرژی با هدف کاهش نیاز به سوخت‌های فسیلی با توجه به کاهش روز افزون این منابع و افزایش قیمت این دسته از حامل‌های انرژی افزایش یافته است. در این راستا طراحی و توسعه پالایشگاه‌های تولید سوخت‌های زیستی با استقبال فراوانی مواجه شده است. در دو دهه اخیر مطالعات بیش‌تری در زمینه تکنولوژی‌های تخمیری و تولید بیوبوتانول و در ادامه آن جداسازی محصولات حاصل از تخمیر نسبت به دهه‌های قبل انجام شده‌است. این مطالعات با هدف دست‌یابی به غلظت‌های بالاتری از بوتانول و افزایش بازدهی تولید در حال گسترش و پیشرفت است. در ادامه این مطالعات نیاز به بررسی‌های گسترده‌تر در رابطه با توسعه طراحی پالایشگاه‌های زیستی بر مبنای نتایج این مطالعات و بررسی اقتصادی و نیز میزان مصرف انرژی در این قبیل پالایشگاه‌ها رو به افزایش می‌باشد. لذا در ادامه امکان مقایسه موارد طراحی شده به لحاظ اقتصادی و میزان سوددهی فراهم می‌شود. این پروژه با بکارگیری دو نرم‌افزار Aspen Plus ® V8.8 و Aspen Process Economic Analyzer ® V8.8 انجام شد. روش‌های بررسی شده در این پروژه حاصل از طراحی مفهومی نتایج بهینه حاصل از مطالعات آزمایشگاهی در بخش تولید بیوبوتانول به همراه راهکارهای برتر در بخش جداسازی محصولات می‌باشد که در نهایت در قالب شش سناریو ارائه شده‌است. ابتدا دو حالت پایه با هدف مقایسه نتایج آزمایشگاهی به دست آمده و نتایج تئوری تولید بیوبوتانول تعریف شد. در هر دسته ابتدا در یک سناریو تکنولوژی قدیمی تولید بیوبوتانول در بخش جداسازی به عنوان معیاری برای مقایسه سایر سناریوها با حالت پایه شبیه‌سازی شد. در ادامه دو سناریو ی دیگر برای هر حالت طراحی و شبیه‌سازی شد که در یکی از تکنولوژی عریان‌سازی گاز برای افزایش بوتانول تولیدی استفاده شد و در سناریوی دیگر علاوه بر عریان‌سازی گاز، بکارگیری غشاء پلیمری برای جداسازی محصولات تخمیر از آب شبیه‌سازی شد. عریان‌سازی گازی به عنوان مؤثرترین روش برای افزایش میزان بازدهی فرآیند تخمیر برای تولید بیوبوتانول شناخته می‌شود. استفاده از غشاءPDMS برای جداسازی محصولات استن-بوتانول-اتانول تولید شده از آب همراه با آن‌ها در مطالعات انجام شده بررسی و به عنوان روشی مناسب معرفی شده‌است. در میان سناریوهای شبیه‌سازی شده سناریوی B-3 با ظرفیت تولید 9/35 تن در سال بوتانول با قیمت 6/1 دلار به ازای هر کیلوگرم با شاخص بازگشت سرمایه معادل 9/2 سال و سرمایه‌گذاری کلی 310 میلیون دلار به لحاظ اقتصادی پر بازده‌ترین فرآیند شناخته و معرفی شد. این فرآیند تحت شرایط پیش‌فرآوری با اسید رقیق %5/0، تخمیر همزمان با عریان‌سازی گاز و در ادامه آن بکارگیری غشاء برای تغلیظ محصولات و نهایتاً خالص‌سازی محصولات با استفاده از دو برج تقطیر شبیه‌سازی شد. مهمترین دلایل برای بالاتر بودن بازده این فرآیند تولید محصول بیش‌تر به واسطه روش عریان‌سازی گازی، کاهش تعداد برج‌های تقطیر و در نتیجه کاهش هزینه‌های بخش جداسازی علاوه بر کاهش هزینه سرویس‌های جانبی و هزینه‌های جاری نسبت به سناریوهای دیگر می‌باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی