生物质制取航空煤油的生命周期综合评价及数据质量评估

发布时间：2020-06-04 18:31

【摘要】：航空业的迅速发展带动了航空燃料需求的增长,传统化石航油引发的能源与环境问题日益突出。生物质制取航空煤油能显著减少温室气体排放,缓解温室效应。目前国内外生物质制取航空煤油工艺处于开发试验阶段,其生产利用过程也存在资源消耗、环境污染问题。因此,有必要对生物质制取航空煤油进行全生命周期的资源-环境-经济分析与评价。首先,基于生命周期综合评价模型,对生物质气化FT合成加氢裂化(Bio-FTJ)与生物油催化裂解-烯烃齐聚制航空煤油(Bio-PYJ)两系统工艺进行研究分析,获得了各工艺的环境、资源、经济以及综合性能指标,并与化石航煤进行比较。其中Bio-FTJ工艺根据余热利用的不同分为供热方案(Bio-FTJ-1)和供电方案(Bio-FTJ-2)。结果显示:(1)对于生物质航煤,生长阶段、生产阶段及消费阶段对环境影响较为重要,降低能耗和原料消耗率可改善生物质航煤环境性能。相比化石航煤,生物质航煤的温室气体排放降低了50.9%~73.9%。(2)对于生物质航煤,不同视角下均呈现全球性区域性同等性局地性的规律。Bio-FTJ-1和Bio-FTJ-2的总环境影响值分别在0.13~0.26人·a/t与0.10~0.17人·a/t之间,Bio-FTJ-2的环境性能优于Bio-FTJ-1。Bio-FTJ和Bio-PYJ的主要环境影响类型为GWP、AP和POF;与化石工艺相比,生物质航煤总环境影响值可降低26%~51%,环境性能更好,可显著降低温室气体的排放和酸化污染。(3)Bio-FTJ-2的资源消耗潜值最小,生物质航煤具有显著的资源优势,相比化石航煤,不可再生资源消耗减少了85%以上。对资源的敏感性分析表明,生物质航煤对生产电耗和原料消耗率敏感性最大。(4)生物质航煤经济性分析表明,原料成本、折旧费和水电费所占比重较大。减少固定投资,降低原料消耗量,降低生产电耗等有利于改善其经济性能。对各工艺经济成本的敏感性分析表明,经济成本对原料消耗率和固定投资的敏感性最大。(5)基于综合性能评价指标,Bio-FTJ-1综合性能表现更好,化石航煤计入碳税成本后,其综合性能显著下降。随着航煤产品预期价值的升高,生物质航煤比化石航煤更具优势。其次,建立了数据质量评估模型,对各工艺资源-环境-经济性进行了数据质量评估。结果表明:不同工艺方案的各类环境影响和资源消耗的不确定度值均在15%以下,Bio-FTJ、Bio-PYJ工艺的富营养化EP不确定度均较大,超过10%。Bio-PYJ工艺处于实验室阶段,GWP的不确定度达到13%。与生物质航煤相比,化石航煤的各类环境影响、资源消耗以及经济成本的不确定度有所降低。最后,基于生命周期综合评价模型,利用Java语言与Eclipse开发工具,以MySQL为后台数据库管理系统,创建了生命周期综合评价软件。以生物质超临界乙醇提质和Bio-FTTJ-1为例,利用该软件对其进行了生命周期评价,获得了资源-环境-经济性指标,验证了软件的功能。
【图文】：

表观消费量,煤油,航空煤油

用于活塞式航空发动机，活塞式航空发动机只用于一些辅助机种，如直升机、通讯机、气象机等，因此相应的航空汽油的用量并不大。航空煤油（简称航煤）主要用于涡轮喷气发动机，民航大型客机的动力装置采用涡轮喷气发动机。图1-1 显示了我国2003-2016 年国内航空煤油的表观消费量，可见航空煤油的消费量逐年递增，2016 年的表观消费量已是2003 年的近3 倍。我国已是世界航空大国，，随着国际合作交流日益密切以及人们生活水平的逐步提高，民航业的快速发展将带动航空煤油消费量进一步提升。图 1-1 我国航空煤油 2003-2016 表观消费量[3]目前，作为航空涡轮发动机燃料的航空煤油（一般指C8~C16的烷烃类），主要生产来源于石油，而世界范围内石油资源总量正逐渐减少；另一方面，低碳环保在当今世界越来越受到人们的重视，随着能源问题和环境问题的凸显，生物质作为可再生能源制备液体燃料替代传统石油，能够缓解石油等不可再生资源短缺所引起的能源危机，因而生物质能转化工艺已得到全世界的重视和发展。生物航煤生产技术的开发已引起许多国家的高度重视[4]。生物航煤的技术路线可分为动植物油加氢法、生物质气化/费托合成/加氢改质法、生物质热解/加氢法和生物转化法4 类[5]。其中

路线图,航空煤油,路线

如图1-2 所示。常减压蒸馏是在常压和减压条件下，根据石油中各组分的沸点不同，将石油切割成不同馏程产品的工艺，再将分馏产品进行催化裂化等二次加工可制得航空煤油。另有石脑油、重油和石油气等副产物产生。近年来，国内外已经开发出多种航空生物燃料生产工艺路线，其研究思路主要是将生物质转化为中间产物 (生物质油或合成气)，再对中间产物 (或天然油脂) 进行改性制备航空生物燃料[8]。图 1-2 航空煤油生产的传统路线[7]德国科林公司以木质纤维素为原料，采用气化炉气化、组分重整等技术进行气体组分调变，进一步费托合成制取航空煤油[9]。Hanaoka 等[10]利用桉树枝干在气化炉中气化得到合成气 CO、H2，合成气经活性炭和洗涤器净化后，调整氢碳比进行费托合成工艺，所得产物经加氢裂化和蒸馏提质后可得航空煤油。其中，费托合成工艺采用钴基催化剂，在 3MPa，260~280℃工况下进行；加氢裂化采用 Pt 基催化剂，初始氢气压力为 1MPa，在温度 250~350℃下进行。美国 UOP 公司采用两段加氢技术
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK6;V312

【参考文献】