生物質(zhì)熱解油催化改性提質(zhì)實驗研究及全生命周期評價.pdf

1、生物質(zhì)最大的優(yōu)勢在于它是唯一含碳的可再生資源，可通過熱化學(xué)和生物化學(xué)等轉(zhuǎn)化方法制取生物燃料，生物質(zhì)液體燃料因可替代傳統(tǒng)化石燃料作為交通運(yùn)輸燃料使用而具有廣闊的應(yīng)用前景。生物原油是生物質(zhì)通過快速熱裂解直接制備的液體燃料，自身存在含水量高、含氧量高、熱值低、酸性強(qiáng)等不足，因此需對生物原油進(jìn)行改性提質(zhì)制取高品位車用燃料。本文以國家973項目“生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位燃料的基礎(chǔ)問題研究”和“生物質(zhì)制取高品位液體燃料基礎(chǔ)問題研究”，國家自然科學(xué)基金“生

2、物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化為高品位能源的基礎(chǔ)問題研究”為依托，以穩(wěn)定易燃的含氧有機(jī)化合物為提質(zhì)目標(biāo)，開展了生物原油在超臨界乙醇體系催化改性提質(zhì)實驗研究，結(jié)合催化改性提質(zhì)實驗數(shù)據(jù)，使用全生命周期評價方法對生物質(zhì)快速熱裂解及生物原油催化改性提質(zhì)技術(shù)路線進(jìn)行評估，同時對生物原油催化加氫制取汽柴油技術(shù)路線進(jìn)行評估，對比分析了兩條技術(shù)路線的環(huán)境效益。
　　首先使用雙金屬催化劑2％Pt/10％Ni/HZSM-5對稻殼熱解油進(jìn)行乙醇和氫氣氛圍下一步催化改性

3、提質(zhì)實驗，結(jié)果表明，改性提質(zhì)后所有工況下無水提質(zhì)油熱值均由無水生物原油的21.89 MJ/kg提高至27 MJ/kg以上，提質(zhì)油中目標(biāo)組分含量均由56.09％增加至73％以上;隨著初始?xì)錃鈮毫Φ纳?，提質(zhì)油中目標(biāo)組分含量增加，無水提質(zhì)油產(chǎn)率增加，提質(zhì)反應(yīng)的能量效率增加，較高的初始?xì)錃鈮毫σ种拼呋瘎┥瞎腆w焦炭類物質(zhì)的沉積;隨著輸入醇油比的增大，提質(zhì)反應(yīng)實際消耗的醇油比也逐漸增大，目標(biāo)產(chǎn)物的含量逐漸增加，但乙醇自身副反應(yīng)逐漸顯著;隨著反應(yīng)溫

4、度的升高，目標(biāo)產(chǎn)物的含量均有所降低，單位催化劑積碳量逐漸增大。
　　其次使用單金屬催化劑5％Pt/SO42-/ZrO2/SBA-15(5％Pt/SZr)對生物原油進(jìn)行乙醇和氫氣氛圍下催化改性提質(zhì)實驗，結(jié)果均表明除輸入醇油比為1的工況外，提質(zhì)后無水提質(zhì)油熱值均增加至27 MJ/kg以上，提質(zhì)油目標(biāo)組分含量提高至75％以上;在較高的初始?xì)錃鈮毫l件下，目標(biāo)產(chǎn)物含量較高，無水提質(zhì)油產(chǎn)率和提質(zhì)過程能量效率均較高，單位催化劑積碳量明顯降低;

5、在較高輸入醇油比的工況下，提質(zhì)油目標(biāo)組分含量和無水提質(zhì)油熱值均較高，單位催化劑積碳量較小;隨著反應(yīng)溫度的升高，目標(biāo)產(chǎn)物含量降低，無水提質(zhì)油熱值有所增加，但單位催化劑積碳量明顯增大。
　　基于選定的反應(yīng)條件進(jìn)行不同催化劑下改性提質(zhì)實驗研究，結(jié)果表明當(dāng)初始?xì)錃鈮毫?.0 MPa，輸入醇油比為5，反應(yīng)溫度為260℃時，使用以HZSM-5為載體的催化劑5％Pd/HZSM-5和以SBA-15為載體的催化劑5％Pt/SZr提質(zhì)效果較好。

6、r>　　結(jié)合生物原油在超臨界乙醇體系催化改性提質(zhì)實驗數(shù)據(jù)，對玉米秸稈快速熱裂解及生物原油在超臨界乙醇體系催化改性提質(zhì)方案進(jìn)行了全生命周期評價，結(jié)果表明與生產(chǎn)1 MJ傳統(tǒng)汽柴油過程不可再生凈能耗和溫室氣體凈排放相比，基于玉米秸稈乙醇的催化改性提質(zhì)方案相應(yīng)指標(biāo)分別降低96.6％和91.4％，基于甘蔗渣乙醇的催化改性提質(zhì)方案相應(yīng)指標(biāo)分別降低88.0％和85.7％，基于玉米乙醇的催化改性提質(zhì)方案相應(yīng)指標(biāo)分別降低53.1％和31.6％;生物原油在

7、超臨界乙醇體系催化改性提質(zhì)方案均表現(xiàn)出良好的環(huán)境效益，改性提質(zhì)過程中纖維素乙醇的引入具有更好的環(huán)境效益。
　　結(jié)合Aspen Plus模擬結(jié)果，在GREET軟件平臺上建立了玉米秸稈快速熱裂解及生物原油催化加氫制取汽柴油三種方案的全生命周期模型，結(jié)果表明與生產(chǎn)1 MJ傳統(tǒng)汽柴油過程不可再生凈能耗和溫室氣體凈排放相比，生物原油催化加氫制取汽柴油的三種方案均呈現(xiàn)出良好的環(huán)境效益;與基于玉米乙醇的生物原油超臨界改性提質(zhì)技術(shù)路線相比，生物原