生物质气化合成-尾气发酵制备混合醇系统[火用]及环境影响分析

以林业废弃木屑为原料,构建经气化、合成气催化合成、尾气发酵制乙醇的混合醇制备新工艺模型,对系统物质和能量流动、系统/子系统[火用]效率及损失来源进行分析。通过收集林业、收储运、制备和产品运输等不同阶段的资源能量消耗和排放清单,对包括全球变暖潜值、臭氧层耗竭潜值等9种环境影响类型开展分析。结果表明:尾气发酵子系统,可利用微生物菌株代谢尾气中CO和CO_(2)来制备乙醇,结合催化合成高级醇的高产率,使得耦合系统混合醇质量收率和[火用]效率分别达0.328 kg/kg木屑和43.8%。混合醇生命周期内,人体非致癌损害和陆地生态毒性是受影响较大的环境类型,分别来源于制备和收储运阶段。

生物质氧气−蒸汽自热气化制取合成气过程能量−㶲分析

针对生物质气化制备合成气效率低、有效能分析不完善现状,提出以氧气−蒸汽为气化剂的自热气化系统,对该系统进行了模拟,建立热力学评价系统能量和㶲效率方法,重点分析未气化焦炭利用、氧气及蒸汽与原料质量比(O/B和S/B)和原料含水量对系统性能影响。结果表明,焦炭利用可大幅度提高合成气能量效率,但由于焦炭燃烧过程的㶲损失,使得系统总㶲效率降低。对高温气化气进行热量回收,产生的300℃蒸汽用于气化,可使S/B比达0.36以上,合成气氢碳比(H_(2)/CO)达1.63,收率达1.18m^(3)/kg。系统总㶲效率和合成气㶲效率随气化S/B比增大而稍微降低,分别在74%和69%以上,但系统总能量效率显著降低,说明热量回收对提高系统总能量效率的重要作用,为提高系统总㶲效率,还应提升回收能量的品位。含水量为30%的生物质比较适合合成气制备。

百吨级生物质混合醇系统能耗和温室气体排放分析

以农林废弃生物质气化合成混合醇工艺为对象,利用混合生命周期评估方法对百吨级系统进行环境影响分析。通过构建系统的工艺模型和收集生命周期资源消耗及排放清单,研究农林业、收储运和制取等各阶段的投入和排放特性,对棉秆、玉米秸秆、木屑和枝丫柴4种原料制取系统的环境影响特性进行分析,并与5万吨级系统进行比较。结果表明:百吨级系统生命周期化石能源消耗和温室气体排放分别在589~734 kJ/MJ混合醇和63.2~80.8 g CO_(2)eq/MJ混合醇范围内,制取阶段的电力消耗是最主要的影响因素,其次为系统设备设施投入,玉米秸秆混合醇的环境影响最大,这与原料碳含量低及混合醇收率低有关。

农林废弃物气化合成混合醇生命周期环境影响分析

生物质热化学气化合成混合醇技术具有工艺相对简单、产物的能源化工应用广泛等优点,为准确评价该技术的资源能源消耗、辨析合成燃料的环境性能,基于生命周期分析框架和ReCiPe2016中点评价方法,对农林废弃玉米秸秆和木屑经气化、催化合成混合醇工艺的清单和9种环境影响类型开展分析和比较。结果表明:农林业阶段均为环境影响的主要阶段,秸秆混合醇生命周期影响高于木屑混合醇。前者的臭氧层耗竭潜值、海洋和淡水富营养化潜值、全球变暖潜值均为木屑混合醇相应结果的9倍以上。废弃物原料高碳含量和高混合醇收率有利于降低资源消耗和环境影响。与石化汽油相比,秸秆和木屑混合醇的全球变暖和化石能源消耗潜值均降低40%以上。