基于能量—（火用）—能值分析的生物质热解提质制油系统性能评价

发布时间：2020-09-02 13:37

　　由于化石能源不可再生且燃烧污染严重,生物质能的应用技术越发成为研究热点。本文以樟子松为生物质原料,针对生物质转化为液体燃料的两种方案:生物质快速热解催化加氢提质制油方案和生物质快速热解超临界乙醇提质制油方案,构建了能量-(?)-能值分析的递进层次性分析体系,对两种方案进行了评价研究,为生物质转化过程的优化和发展方向提供了理论指引。首先,本文基于Aspen Plus软件,建立系统仿真模型,并基于仿真得到的热力学参数,对系统进行能量分析,结果表明:超临界乙醇提质方案的总能量投入大于催化加氢提质方案的总能量投入,催化加氢提质方案所制取高品位生物油的热值高于超临界乙醇提质方案所制取高品位生物油的热值,催化加氢提质方案全系统的能量效率为34.57%,小于超临界乙醇提质方案全系统的能量效率39.06%,但超临界乙醇提质方案需额外通入大量乙醇,工艺优化的方向在于减小乙醇的投入量;然后,本文对两种提质方案进行了(?)分析,基于仿真得到的热力学参数计算,将全系统划分为热解系统、重整系统和提质系统三个子系统,发现两种方案热解系统的(?)效率相同,均为57.99%,但超临界乙醇提质方案重整系统和提质系统的(?)效率均大于催化加氢提质方案,超临界乙醇提质方案和催化加氢提质方案全系统的(?)效率分别为36.05%、30.74%;两种方案均是热解系统的(?)损比例最大,提质系统次之。以温度、压力和水油比作为影响因素,对生物油馏出份水蒸气重整过程进行了敏感性分析,发现当温度为700℃,压力为13.9MPa,水油比为10时,重整系统(?)效率达到峰值64.32%。接着,本文对两种提质方案进行了能值分析,明确了能值的投入产出结构,计算了能值指标,并与另外四种生物质能利用方案对比,结果表明:两种提质方案的人类社会投入均占主导,其中又以工业水和肥料的投入占比最大,但超临界乙醇提质方案中乙醇投入也占很大比例,其优化方向更侧重于调整工艺,制取乙醇;生产等量燃料,超临界乙醇提质方案消耗的太阳能更少,效率更高,但在人类社会投入及总投入方面,催化加氢提质方案少于超临界乙醇提质方案,且催化加氢提质方案的系统可再生率更高,对环境的压力更小,工艺更受环境支持;催化加氢提质方案和超临界乙醇提质方案的可持续发展系数分别为0.96、0.59,其他四种方案的可持续发展系数均在0.5以下,说明催化加氢提质方案的可持续发展性高于超临界乙醇提质方案。最后,本文选取生物质气化合成乙醇工艺与超临界乙醇提质方案耦合,构建优化方案,组成三种提质方案,进行能值分析,并与其余几种生物质能利用方案对比,结果表明:三种提质方案的能值产出率与其余几种方案相近,但三种提质方案的系统可再生率更高,环境负载率更低,对环境压力更小,可持续性更好;三种提质方案中,催化加氢提质方案的综合竞争力最强,优化方案次之,超临界乙醇提质方案最差,说明添加耦合工艺提升了超临界乙醇提质方案的综合竞争力。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TE667

【参考文献】