基于（火用）理论的生物质制取航空煤油综合性能评价

摘要

利用清洁可再生的生物质气化费托合成(FT)加氢裂化制备航空煤油(Bio-Jet fuel)部分代替传统化石能源，对缓解能源危机和生态保护具有重要意义。本文以玉米秆为生物质原料，利用Aspen Plus软件对Bio-Jet fuel工艺进行建模，基于(炯)分析理论和生命周期法对Bio-Jet fuel工艺副产品水蒸气供热和发电、蜡循环利用三种方案的热力性能、环境影响和经济性能进行了评价。
　　首先，利用Aspen Plus软件对Bio-Jet fuel系统进行了模拟和热力学(炯)分析，研究了操作参数变化对系统的影响，结果表明:(1)系统(炯)损失主要在气化子系统中，而合成气提质子系统(炯)损较小，过程不可逆(炯)损是系统(炯)损的主要来源，内部(炯)损率为88.3％，生物质大分子结构改变是造成不可逆(炯)损的主要原因。(2)所有操作参数中水蒸气与生物质质量配比(S/B)对系统(炯)效率影响最大，气化合成气H2与CO摩尔比(H2/CO)在1.95～2.0为宜，增大合成温度和压力可提高系统航空煤油产率和(炯)效率。(3)对于玉米秆气化FT加氢裂化制取航空煤油系统，推荐的操作参数:气化温度和压力750℃，0.1～0.2MPa，S/B0.4～0.5，合成温度和压力240℃，1.5～2.0MPa。此时，航空煤油产率最大可达到85.3kg/t，系统(炯)效率为54.3％。(4)方案二将副产品水蒸气进行发电，系统(炯)效率下降;方案三副产品蜡循环利用，可提高航空煤油产率，并降低最佳S/B。
　　其次，基于生命周期的环境影响(炯)分析理论，对Bio-Jet fuel系统的三个方案进行了资源消耗和环境影响评价，结果显示:(1)三个方案的资源利用率分别为17.21％、12.72％和15.97％，供热系统资源利用率高于供热系统;可再生性指标分别为0.72、1.53和0.67，供热系统为不可再生系统，而供电系统属于可再生系统;三个方案的环境性指标分别为1.75、4.48、1.63，即蜡循环不利于生命周期航空煤油生产的资源-环境性能;方案一资源利用率较高，但环境性较差，方案二的资源利用率较低，但环境性能较好。(2)火电是方案一不可再生资源累积(炯)消耗的主要来源，比重为8.06％，化肥农药和原油是方案二不可再生资源累积(炯)的主要来源;污染物消除(炯)主要来源于化石燃料使用产生的CO2排放，其次来源于生物质种植阶段大量的农业污水排放。(4)方案一和方案二的综合敏感性分析表明:降低原料消耗率是提高系统资源性的主要途径;原材料使用和污染物处理带来的间接化石能源使用是制约系统环境性能提高的主要因素。
　　最后，将生命周期评价(LCA)和(炯)经济成本平衡方程结合，提出以单位(炯)经济成本、产品单位(炯)经济收益和成本利润率三个指标对Bio-Jet fuel系统进行生命周期(炯)经济分析，结果表明:(1)方案一和方案二的环境成本分别为708.90￥/t、356.63￥/t，环境成本占总生产成本比重分别为6.2％和3.9％，方案二环境性能较好。(2)考虑环境成本，两个方案的产品单位(炯)经济成本分别为0.105￥/MJ和0.106￥/MJ，产品单位(炯)经济收益分别为0.050￥/MJ和0.056￥/MJ，成本利润率分别为48.5％和53.2％，方案二经济性更好。(3)通过对产品单位(炯)经济成本的敏感性分析可知，对系统产品单位(炯)经济成本影响最大的是生产阶段的固定投资和生物质价格，航空煤油价格主要影响产品单位(炯)经济收益的主要因素。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 生物质气化费托合成法制取航空煤油实验研究现状

1．2．1 生物质气化技术

1．2．2 合成气费托合成制取航空煤油技术

1．3 生物质气化FT合成航空煤油工艺评价研究进展

1．3．1 热力性能评价

1．3．2 (火用)环境影响评价

1．3．3 热力学经济性评价

1．4 研究目的和主要内容

第二章 生物质气化FT合成加氢裂化制取航空煤油的(火用)分析

2．1 系统流程

2．2 模型建立与验证

2．2．1 Aspen Plus软件

2．2．2 系统建模

2．3 系统模拟计算

2．3．1 计算条件

2．3．2 (火用)评价模型

2．4 计算结果与分析

2．4．2 设计工况(火用)分析

2．4．3 操作参数对系统性能的影响

2．5 本章小结

第三章 生物质气化FT合成加氢裂化制取航空煤油的生命周期环境影响(火用)分析

3．2 生命周期系统边界

3．2．1 研究对象

3．2．2 系统边界

3．3 生命周期清单分析

3．3．1 生产上游

3．3．2 生产过程

3．3．3 生产下游

3．3．4 清单数据汇总

3．3．5 评价指标

3．4 生命周期环境影响(火用)分析评价

3．4．1 系统综合性能

3．4．2 资源性分析

3．4．3 环境性分析

3．4．4 污染物排放分析

3．5 敏感性分析

3．6 本章小结

第四章 生物质气化FT合成加氢裂化制取航空煤油的(火用)经济分析

4．1．2 基于生命周期的(火用)经济平衡方程

4．2 计算方法和评价指标

4．2．1 原料成本

4．2．2 非能费用

4．2．3 环境成本

4．3 (火用)经济计算结果与分析

4．3．2 (火用)经济成本构成分析

4．3．3 单位(火用)经济成本和(火用)经济收益敏感性分析

4．5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5．1 全文总结

5．1．3 生物质气化FT合成加氢裂化制取航空煤油系统(火用)经济分析

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的学术成果

附表