基于_理論的生物質(zhì)熱解制取高品位液體燃料綜合性能評價.pdf

1、隨著全球能源危機和環(huán)境污染日益嚴重，利用清潔、可再生的生物質(zhì)熱解提質(zhì)制備高品位液體燃料，替代部分傳統(tǒng)化石燃料，對緩解能源危機和保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。本文以玉米秸稈為生物質(zhì)原料，針對生物質(zhì)熱解提質(zhì)制取高品位液體燃料的兩條工藝路線:生物質(zhì)熱解加氫制汽油柴油工藝(Bio-TPF)和生物質(zhì)熱解氣化費托合成工藝(Bio-FTL)，基于(火用)分析理論對二者進行熱力性能評價和生命周期環(huán)境影響評價。
　　論文首先基于(火用)分析的基本理論，

2、建立了熱力學(火用)分析模型。利用Aspen Plus軟件對Bio-TPF和Bio-FTL進行了過程模擬，探討了不同工藝參數(shù)對產(chǎn)品產(chǎn)率和(火用)效率的影響。對Bio-TPF的研究結(jié)果表明:(1)(火用)損失主要發(fā)生在熱解單元和重整單元，且全系統(tǒng)(火用)損以內(nèi)部不可逆(火用)損為主。(2)重整溫度為800℃，重整壓力為1.38MPa，水蒸氣與重整生物油碳摩爾比S/Cr為6，重整生物油與加氫生物油比θ為0.38∶0.62條件下，全系統(tǒng)碳氫氧

3、平衡流分析發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)碳約24.74％轉(zhuǎn)化到汽油柴油(TPF)，實際消耗總氫的19.79％轉(zhuǎn)化到TPF;加氫生物油約38.2％氧量以CO2脫除，剩余以H2O脫除;全系統(tǒng)總(火用)效率ηBio-TPF+為53.3％，產(chǎn)品(火用)效率ηBio-TPF-為31.1％，汽油柴油產(chǎn)率(YTPF)為122.4 kg/t干基生物質(zhì)。(3)系統(tǒng)適宜的反應條件:重整溫度為700℃～800℃，重整壓力為1.0MPa～1.5MPa，S/Cr約在6左右，保證H

4、2過量的適宜θ比為0.3∶0.7。在上述適宜的反應條件內(nèi)，ηBio TPF+和ηBio-TP-可能達到的最大值分別為56.1％和35.3％，YTPF為138.2kg/t干基生物質(zhì)。
　　對Bio-FTL的研究結(jié)果表明:(1)(火用)損失主要發(fā)生在熱解單元和氣化單元，且(火用)損主要來自過程的不可逆性。生物油氣化合成氣H2/CO值及氣化單元供熱消耗對系統(tǒng)(火用)效率的影響最大，費托合成最佳H2/CO在2.1左右。(2)系統(tǒng)適宜的反應

5、參數(shù)為:氣化溫度為800℃～850℃，氣化壓力為0.1MPa;水蒸氣與氣化生物油碳摩爾比S/Cg為1.25;合成溫度為220℃～230℃，合成壓力為2.0MPa～3.0MPa。在上述適宜的參數(shù)范圍內(nèi)，全系統(tǒng)總(火用)效率ηBio-FTL+和產(chǎn)品(火用)效率ηBio-FTL-可分別達47.9％和34.3％，對應的費托油產(chǎn)率（YFTL）和C5+產(chǎn)率(YC5+)分別為93.4kg/t干基生物質(zhì)和141.6kg/t干基生物質(zhì)。(3)TCG=80

6、0℃，PCG=0.1MPa時，增加循環(huán)氣與無循環(huán)物流相比，S/Cg＞1.5時，增加循環(huán)氣能夠大幅提高產(chǎn)品產(chǎn)率和系統(tǒng)(火用)效率。
　　其次，將生命周期評價與(火用)分析結(jié)合，建立了生命周期環(huán)境影響(火用)分析模型，提出資源利用率γ、可再生性Ir、環(huán)境性Ie三個綜合指標對Bio-TPF和Bio-FTL進行環(huán)境影響綜合評價和對比，并研究了工藝綜合指標對主要因素的敏感性。結(jié)果表明:(1)Bio-TPF在γ、Ir和Ie方面均優(yōu)于Bio-F

7、TL，但兩工藝均不可再生。(2)生命周期資源累積(火用)消耗中，可再生資源生物質(zhì)所占的比重最大，其次是電力，兩者在Bio-TPF中的比重分別為84.79％和9.95％，在Bio-FTL中比重分別為79.42％和15.29％。污染物消除(火用)主要來自產(chǎn)品生產(chǎn)階段和生物質(zhì)種植階段。不同污染物類型的消除(火用)中，CO2的消除(火用)比重最大，其次是SO2和農(nóng)業(yè)污水。(3)熱解油產(chǎn)率和TPF/FTL產(chǎn)率對γ影響最大;TPF/ FTL產(chǎn)率、生