【摘要】：航空業(yè)的迅速發(fā)展帶動了航空燃料需求的增長,傳統(tǒng)化石航油引發(fā)的能源與環(huán)境問題日益突出。生物質(zhì)制取航空煤油能顯著減少溫室氣體排放,緩解溫室效應(yīng)。目前國內(nèi)外生物質(zhì)制取航空煤油工藝處于開發(fā)試驗階段,其生產(chǎn)利用過程也存在資源消耗、環(huán)境污染問題。因此,有必要對生物質(zhì)制取航空煤油進行全生命周期的資源-環(huán)境-經(jīng)濟分析與評價。首先,基于生命周期綜合評價模型,對生物質(zhì)氣化FT合成加氫裂化(Bio-FTJ)與生物油催化裂解-烯烴齊聚制航空煤油(Bio-PYJ)兩系統(tǒng)工藝進行研究分析,獲得了各工藝的環(huán)境、資源、經(jīng)濟以及綜合性能指標(biāo),并與化石航煤進行比較。其中Bio-FTJ工藝根據(jù)余熱利用的不同分為供熱方案(Bio-FTJ-1)和供電方案(Bio-FTJ-2)。結(jié)果顯示:(1)對于生物質(zhì)航煤,生長階段、生產(chǎn)階段及消費階段對環(huán)境影響較為重要,降低能耗和原料消耗率可改善生物質(zhì)航煤環(huán)境性能。相比化石航煤,生物質(zhì)航煤的溫室氣體排放降低了50.9%~73.9%。(2)對于生物質(zhì)航煤,不同視角下均呈現(xiàn)全球性區(qū)域性同等性局地性的規(guī)律。Bio-FTJ-1和Bio-FTJ-2的總環(huán)境影響值分別在0.13~0.26人·a/t與0.10~0.17人·a/t之間,Bio-FTJ-2的環(huán)境性能優(yōu)于Bio-FTJ-1。Bio-FTJ和Bio-PYJ的主要環(huán)境影響類型為GWP、AP和POF;與化石工藝相比,生物質(zhì)航煤總環(huán)境影響值可降低26%~51%,環(huán)境性能更好,可顯著降低溫室氣體的排放和酸化污染。(3)Bio-FTJ-2的資源消耗潛值最小,生物質(zhì)航煤具有顯著的資源優(yōu)勢,相比化石航煤,不可再生資源消耗減少了85%以上。對資源的敏感性分析表明,生物質(zhì)航煤對生產(chǎn)電耗和原料消耗率敏感性最大。(4)生物質(zhì)航煤經(jīng)濟性分析表明,原料成本、折舊費和水電費所占比重較大。減少固定投資,降低原料消耗量,降低生產(chǎn)電耗等有利于改善其經(jīng)濟性能。對各工藝經(jīng)濟成本的敏感性分析表明,經(jīng)濟成本對原料消耗率和固定投資的敏感性最大。(5)基于綜合性能評價指標(biāo),Bio-FTJ-1綜合性能表現(xiàn)更好,化石航煤計入碳稅成本后,其綜合性能顯著下降。隨著航煤產(chǎn)品預(yù)期價值的升高,生物質(zhì)航煤比化石航煤更具優(yōu)勢。其次,建立了數(shù)據(jù)質(zhì)量評估模型,對各工藝資源-環(huán)境-經(jīng)濟性進行了數(shù)據(jù)質(zhì)量評估。結(jié)果表明:不同工藝方案的各類環(huán)境影響和資源消耗的不確定度值均在15%以下,Bio-FTJ、Bio-PYJ工藝的富營養(yǎng)化EP不確定度均較大,超過10%。Bio-PYJ工藝處于實驗室階段,GWP的不確定度達到13%。與生物質(zhì)航煤相比,化石航煤的各類環(huán)境影響、資源消耗以及經(jīng)濟成本的不確定度有所降低。最后,基于生命周期綜合評價模型,利用Java語言與Eclipse開發(fā)工具,以MySQL為后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),創(chuàng)建了生命周期綜合評價軟件。以生物質(zhì)超臨界乙醇提質(zhì)和Bio-FTTJ-1為例,利用該軟件對其進行了生命周期評價,獲得了資源-環(huán)境-經(jīng)濟性指標(biāo),驗證了軟件的功能。
【圖文】：

用于活塞式航空發(fā)動機，活塞式航空發(fā)動機只用于一些輔助機種，如直升機、通訊機、氣象機等，因此相應(yīng)的航空汽油的用量并不大。航空煤油（簡稱航煤）主要用于渦輪噴氣發(fā)動機，民航大型客機的動力裝置采用渦輪噴氣發(fā)動機。圖1-1 顯示了我國2003-2016 年國內(nèi)航空煤油的表觀消費量，可見航空煤油的消費量逐年遞增，2016 年的表觀消費量已是2003 年的近3 倍。我國已是世界航空大國，，隨著國際合作交流日益密切以及人們生活水平的逐步提高，民航業(yè)的快速發(fā)展將帶動航空煤油消費量進一步提升。圖 1-1 我國航空煤油 2003-2016 表觀消費量[3]目前，作為航空渦輪發(fā)動機燃料的航空煤油（一般指C8~C16的烷烴類），主要生產(chǎn)來源于石油，而世界范圍內(nèi)石油資源總量正逐漸減少；另一方面，低碳環(huán)保在當(dāng)今世界越來越受到人們的重視，隨著能源問題和環(huán)境問題的凸顯，生物質(zhì)作為可再生能源制備液體燃料替代傳統(tǒng)石油，能夠緩解石油等不可再生資源短缺所引起的能源危機，因而生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化工藝已得到全世界的重視和發(fā)展。生物航煤生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)已引起許多國家的高度重視[4]。生物航煤的技術(shù)路線可分為動植物油加氫法、生物質(zhì)氣化/費托合成/加氫改質(zhì)法、生物質(zhì)熱解/加氫法和生物轉(zhuǎn)化法4 類[5]。其中

如圖1-2 所示。常減壓蒸餾是在常壓和減壓條件下，根據(jù)石油中各組分的沸點不同，將石油切割成不同餾程產(chǎn)品的工藝，再將分餾產(chǎn)品進行催化裂化等二次加工可制得航空煤油。另有石腦油、重油和石油氣等副產(chǎn)物產(chǎn)生。近年來，國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)出多種航空生物燃料生產(chǎn)工藝路線，其研究思路主要是將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物 (生物質(zhì)油或合成氣)，再對中間產(chǎn)物 (或天然油脂) 進行改性制備航空生物燃料[8]。圖 1-2 航空煤油生產(chǎn)的傳統(tǒng)路線[7]德國科林公司以木質(zhì)纖維素為原料，采用氣化爐氣化、組分重整等技術(shù)進行氣體組分調(diào)變，進一步費托合成制取航空煤油[9]。Hanaoka 等[10]利用桉樹枝干在氣化爐中氣化得到合成氣 CO、H2，合成氣經(jīng)活性炭和洗滌器凈化后，調(diào)整氫碳比進行費托合成工藝，所得產(chǎn)物經(jīng)加氫裂化和蒸餾提質(zhì)后可得航空煤油。其中，費托合成工藝采用鈷基催化劑，在 3MPa，260~280℃工況下進行；加氫裂化采用 Pt 基催化劑，初始氫氣壓力為 1MPa，在溫度 250~350℃下進行。美國 UOP 公司采用兩段加氫技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK6;V312

【參考文獻】

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本文編號：2696799