生物质气化费托合成生产航空煤油的生命周期评价及经济性分析

发布时间：2020-06-06 07:35

【摘要】：随着世界航空运输量的持续增加,各国对航空煤油的需求量快速增长,特别是拥有众多人口的中国。常规的航空煤油不仅严重依赖化石能源还会产生大量温室气体排放,无法满足航空业的可持续发展原则,生物航空煤油因能够有效实现温室气体减排而得到广泛关注。在众多生物航空煤油制备技术中生物质气化费托合成技术具有较好的减排效果、适中的经济性和对原料的广泛适用性而得到较快商业化发展。然而目前该技术在中国发展较为缓慢,技术指标和商业化推广政策不完备。在此背景下,本文提出对产业规模的生物质气化费托合成生产航空煤油系统进行生命周期评价和经济性分析的研究,为该技术在中国的发展提供一些技术参考和政策制定依据。首先,基于Aspen Plus对生物质气化费托合成生产航空煤油系统进行模拟研究,以航空煤油选择性、航空煤油产率和系统能量利用率为评价指标得到系统最佳生产工况。结果表明:气化温度为750℃,气化压力为0.1Mpa,费托合成温度为230℃,费托合成压力为2.5MPa是系统最佳生产条件;在最佳反应条件下,费托合成产物中航空煤油选择性为42.36%,航空煤油产率为98.72kg/t,系统能量利用率为52.02%。接着,利用混合生命周期方法对生物质气化费托合成生产航空煤油系统的资源消耗和温室气体排放进行系统核算。结果表明:生物质气化费托合成生产航空煤油系统的不可再生资源消耗为1.71×10~4 MJ/t,工艺生产阶段用电造成的资源消耗与玉米秆的生长阶段肥料的造成的资源消耗是主要贡献者;费托合成生产生物航空煤油系统的温室气体排放量为54.44g CO_2/MJ,比常规航空煤油减排约39.5%,玉米秆的生长阶段的土壤直接温室气体排放、肥料使用造成的温室气体排放,生产阶段用电造成的温室气体排放和污水中CH_4直接排放是主要贡献者。最后,以航空煤油最低销售价格为评价指标对生物质气化费托合成生产航空煤油系统进行经济性分析。结果表明:生物质气化费托合成生产航空煤油系统总投资的主要贡献者为生产成本,占总投资的74.32%。在考虑副产物的情形下,航空煤油的最低销售价格为9495元/吨,比不考虑副产物的价格降低28.32%。降低生物质原料成本是提高航空煤油经济性的最有效的方法,每吨生物质原料的补贴为100元时,生产成本可以降低10.52%,其最低销售价格可以降低约11.2%;提升10%的生产效率,每吨航空煤油的生产成本可以降低4.3%,最低销售价格可以降低约4.7%。综上所述,生物质气化费托合成生产航空煤油系统有一定的温室气体减排能力,但是经济性较低。进一步降低系统温室气体排放主要措施为降低生产过程中的外部电力消耗及作物生长过程中的肥料的使用;提高系统经济性的主要措施为降低生物质原料成本,包括原料补贴和提高原料生产效率。
【图文】：

转化图,航空煤油,生产工艺

不同生物航空煤油生产工艺转化图

系统图,费托合成,航空煤油,系统图

1.气化反应器 2.燃烧反应器 3.旋风分离器 4.换热器 5.净化器 6 水泵. 7 压缩机8. 冷却器 9.费托合成反应器 10.闪蒸器 11.变压吸附器 12.加氢精制反应器 13.混合器 14.蒸馏塔图 2.1 费托合成生产航空煤油系统图在一级闪蒸器的底部合成蜡相，在二级闪蒸器的底部和顶部分别合成油相和气相。合成的气相产物进入变压吸附器分离出氢气用于加氢精制反应，合成的蜡相产物经水泵
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V31;TK6

【参考文献】