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

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1.71×104MJ/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 CO2/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CH4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。

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摘 要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2航空煤油和生物航空煤油概述

1.3 生物航空煤油的技术发展综述

1.3.1生物航空煤油的生产原料

1.3.2生物航空煤油的制备方法

1.4 生物航空煤油工艺的生命周期评价放及经济性分析

1.5论文选题意义及本文研究内容

2生物质气化费托合成生产航空煤油的流程模拟

2.1 软件简介

2.2生物质气化费托合成生产航空煤油系统模型

2.3系统模型选择

2.3.1流化床气化与燃烧模型

2.3.2费托合成反应选择性模型

2.3.3费托合成反应转化率模型

2.3.4产物分离模型与加氢精制反应模型

2.4模拟结果

2.4.1计算参数的选择

2.4.2 评价指标

2.4.3 模拟结果分析

2.5 本章小结

3 生物质气化费托合成生产航空煤油生命周期评价

3.1 评价对象与评价方法

3.2 系统资源消耗与排放概况

3.2.1 原料生长和收集

3.2.2 原料运输

3.2.3 工厂建造

3.2.4 生产阶段

3.2.5 产物配送

3.2.6 产物消费

3.3 评估方法

3.4资源能耗与温室气体排放核算与分析

3.4.1 资源能耗分析

3.4.2 温室气体排放分析

3.5本章小结

4 生物质气化费托合成生产航空煤油的经济性分析

4.1 分析对象与方法

4.1.1分析对象

4.1.2分析方法

4.2系统成本估算

4.2.1 固定投资成本估算

4.2.2 生产成本估算

4.2.3 航空煤油最低销售价格

4.3系统成本分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2创新与特色

5.3 研究展望和下一步工作

致谢

参考文献

攻读研究生期间发表的论文

附表