توصيفگر ها :
پالايشگاه زيستي , گياه كلزا , اتانول , بيوديزل , بيوگاز , پيش فراوري , گرمابي , گليسرول , استيك اسيد
چكيده فارسي :
پالايشگاه زيستي مي¬تواند وابستگي به منابع رو به اتمام فسيلي و توليد آلاينده¬ها را به طور چشمگيري كاهش دهد. در پژوهش حاضر، تمام اجزاي گياه انرژي زاي كلزا به عنوان خوراك فرايند پالايش زيستي مورد بررسي قرار گرفت. به منظور بهبود بازده توليد اتانول و متان از كاه كلزا، پيش فراوري¬هاي گرمابي، استيك اسيد و گليسرول به كار گرفته شد. پيش فراوري گرمابي در دماي 120، 150 و 180 درجه سانتي گراد و مدت زمان 1 و 3 ساعت انجام شد. پيش فراوري استيك اسيد نيز در شرايط مشابه با استفاده از محلول 5 درصد حجمي استيك اسيد انجام پذيرفت. پيش فراوري گليسرول در دو مرحله انجام شد. در مرحله اول در دماي 120، 150 و 180 درجه سانتي گراد و مدت زمان 1 و 3 ساعت و غلظت صفر و 5 درصد حجمي استيك اسيد، كاه كلزا پيش فراوري شد. پس از يافتن نقطه بهينه پيش فراوري با گليسرول از نظر دما، زمان و غلظت استيك اسيد، فاز دوم پيش فراوري جهت بهينه سازي غلظت گليسرول و مقايسه گليسرول خالص و خام (تصفيه نشده) انجام پذيرفت. جهت بررسي اثر پيش فراوري بر ساختار كاه، آناليز پراش پرتو ايكس (XRD) براي تعيين شاخص بلورينگي، آناليز BET براي تعيين مساحت سطح، حجم كلي حفرات و ميانگين قطر حفرات و در نهايت تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) براي مشاهده تغيير ساختار كاه، انجام شد. در پيش فراوري گرمابي سه سناريو در نظر گرفته شد كه دو سناريو اول انرژي محور و سناريو سوم با هدف توليد زيست توده قارچ نئورسپورا اينترمديا بود. در سناريو اول از يك تن كاه كلزا در شرايط بهينه مي¬توان 3/198 مترمكعب متان از قسمت جامد و 5/43 مترمكعب متان از قسمت مايع پيش فراوري توليد نمود كه اين مقادير معادل 8/272 ليتر بنزين مي¬باشد. در سناريو دوم 9/92 ليتر اتانول از جامد پيش فراوري شده، 3/172 مترمكعب متان از جامد پس از هيدروليز و 1/17 مترمكعب متان از قسمت مايع توليد مي¬شود كه معادل 2/275 ليتر بنزين است. در سناريو سوم به ترتيب3/147 و 4/44 كيلوگرم زيست توده قارچي از قسمت جامد و مايع پيش فراوري توليد مي¬شود. در اين سناريو همچنين 8/124 مترمكعب متان از جامد پس از هيدروليز نيز توليد مي¬شود كه به طور كلي از يك تن كاه ورودي در اين سناريو 7/191 كيلوگرم زيست توده و 8/140 ليتر بنزين معادل توليد مي¬شود. در پيش فراوري استيك اسيد دو سناريو جهت بيشينه سازي ميزان توليد انرژي در نظر گرفته شد. در سناريو اول به ترتيب 9/184 و 6/79 مترمكعب متان از قسمت جامد و مايع پيش فراوري توليد مي¬شود كه معادل 4/298 ليتر بنزين مي¬باشد. در سناريو دوم از يك تن كاه ورودي 1/79 ليتر اتانول از قسمت جامد پيش فراوري و 8/185 مترمكعب متان از جامد پس از هيدروليز و 8/49 مترمكعب متان از قسمت مايع پيش فراوري توليد مي¬شود كه اين مقادير معادل 3/318 ليتر بنزين مي¬باشد. در پيش فراوري گليسرول علاوه بر توليد اتانول و متان از كاه، از روغن كلزا و كنجاله آن نيز به ترتيب بيوديزل و متان توليد گرديد. در اين پيش فراوري نيز جهت بيشينه سازي توليد انرژي دو سناريو توليد اتانول و متان از كاه در نظر گرفته شد. در سناريو اول از يك هكتار كلزاي كشت شده 2/3 تن كاه برجاي مي¬ماند كه از اين ميزان كاه پس از انجام پيش فراوري و فرايند هيدروليز و تخمير همزمان 3/528 ليتر اتانول توليد مي¬شود. همچنين 3 تن دانه در هكتار توليد مي¬شود كه به ترتيب مي¬توان 1311 كيلوگرم بيوديزل و 1/258 كيلوگرم گليسرول خام از ترانس استريفيكاسيون قليايي روغن و 8/498 مترمكعب متان نيز از كنجاله باقيمانده توليد نمود. مقادير ياد شده معادل 2445 ليتر بنزين در هكتار مي¬باشد. گليسرول خام توليد شده نيز در مرحله پيش فراوري كاه مورد استفاده قرار مي¬گيرد. در سناريو دوم از كاه برجاي مانده 7/758 مترمكعب متان توليد مي¬شود كه بنزين معادل توليد شده را نسبت به سناريو اول 506 ليتر افزايش داد و به 2951 ليتر در هكتار ¬رساند.
چكيده انگليسي :
Biorefinery could reduce dependence on depleting fossil fuels and pollutant production in a significant way. In the present study, all parts of rapeseed energetic plant were investigated as feed of biorefining process. In order to improve the production efficiency of ethanol and methane from rapeseed straw, hydrothermal, acetic acid and glycerol pretreatments were used. Hydrothermal pretreatment was performed at 120, 150 and 180 ° C for 1 and 3 hours. Acetic acid pretreatment was carried out under similar conditions using 5% by volume of acetic acid solution. Glycerol pretreatment was performed in two stages. In the first stage, rapeseed straw was pretreated at 120, 150 and 180 ° C for 1 and 3 hours and a concentration of 0 and 5% by volume of acetic acid. The optimal point of pretreatment with glycerol in terms of temperature, time and acetic acid concentration was found, and the second phase of pretreatment was conducted to optimize the concentration of glycerol and compare pure and crude glycerol. To investigate the effect of pretreatment on straw structure, three different analysis were done. X-ray diffraction (XRD) analysis to determine the crystallinity index, BET analysis to determine surface area, total pore volume and average pore diameter, and finally scanning electron microscopy (SEM) images to observe straw structure changes. In hydrothermal pretreatment, three scenarios were considered, first and second scenarios were energy-oriented and the purpose of third scenario was producing biomass of Neurospora intermedia. In the first scenario, from one ton of rapeseed straw under optimal condition, 198.3 and 43.5 cubic meters of methane can be produced from solid and liquid fractions respectively, which is equivalent to 272.8 litres of gasoline. In the second scenario, 92.9 litres of ethanol was produced from the solid part, 172.3 cubic meters of methane from the remained solid after hydrolysis and 17.1 cubic meters of methane from the liquid part, which is equivalent to 275.2 liters of gasoline. In the third scenario, 147.3 and 44.4 kg of fungal biomass were produced from solid and liquid parts, respectively. In this scenario, 124.8 cubic meters of methane was also produced from the remained solid after hydrolysis, which generally produced 191.7 kg of biomass and 140.8 liters of equivalent gasoline from one ton of straw. In the acetic acid pretreatment, two scenarios were considered to maximize energy production. In the first scenario, 184.9 and 79.6 cubic meters of methane were produced from solid and liquid part, respectively, which is equivalent to 298.4 litres of gasoline. In the second scenario, from one ton of straw, 79.1 litres of ethanol was produced from solid part and 185.8 cubic meters of methane from the solid after hydrolysis and 49.8 cubic meters of methane from liquid part, which is equivalent to 318.3 litres of gasoline. In the glycerol pretreatment, ethanol and methane were produced from straw, also biodiesel and methane were produced from rapeseed oil and rapeseed cake, respectively. In this pretreatment, for maximizing energy production two scenarios of ethanol and methane production from straw were considered. From one hectare of rapeseed farm, 3 tons of seed were harvested and 3.2 tons of straw were remained in the field. In the first scenario, 528.3 litres of ethanol were produced from straw after pretreatment and simultaneous saccharification and fermentation. After oil extraction of seed, 1380 kg oil was produced and also 1620 kg cake was remained. 1311 kg biodiesel and 258.1 kg crude glycerol were produced from alkaline transesterification of oil. From the remained cake, 498.8 cubic meters of methane was produced. The mentioned amounts are equivalent to 2445 litres of gasoline production per one hectare of rapeseed farm. The produced crude glycerol is also used in the pretreatment stage of straw.
