生物質熱解油催化改性提質實驗研究及全生命周期評價.pdf

1、生物質最大的優(yōu)勢在于它是唯一含碳的可再生資源，可通過熱化學和生物化學等轉化方法制取生物燃料，生物質液體燃料因可替代傳統(tǒng)化石燃料作為交通運輸燃料使用而具有廣闊的應用前景。生物原油是生物質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、酸性強等不足，因此需對生物原油進行改性提質制取高品位車用燃料。本文以國家973項目“生物質轉化為高品位燃料的基礎問題研究”和“生物質制取高品位液體燃料基礎問題研究”，國家自然科學基金“生

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

3、提質實驗，結果表明，改性提質后所有工況下無水提質油熱值均由無水生物原油的21.89 MJ/kg提高至27 MJ/kg以上，提質油中目標組分含量均由56.09％增加至73％以上;隨著初始氫氣壓力的升高，提質油中目標組分含量增加，無水提質油產率增加，提質反應的能量效率增加，較高的初始氫氣壓力抑制催化劑上固體焦炭類物質的沉積;隨著輸入醇油比的增大，提質反應實際消耗的醇油比也逐漸增大，目標產物的含量逐漸增加，但乙醇自身副反應逐漸顯著;隨著反應溫

4、度的升高，目標產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)對生物原油進行乙醇和氫氣氛圍下催化改性提質實驗，結果均表明除輸入醇油比為1的工況外，提質后無水提質油熱值均增加至27 MJ/kg以上，提質油目標組分含量提高至75％以上;在較高的初始氫氣壓力條件下，目標產物含量較高，無水提質油產率和提質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，提質油目標組分含量和無水提質油熱值均較高，單位催化劑積碳量較小;隨著反應溫度的升高，目標產物含量降低，無水提質油熱值有所增加，但單位催化劑積碳量明顯增大。
　　基于選定的反應條件進行不同催化劑下改性提質實驗研究，結果表明當初始氫氣壓力為2.0 MPa，輸入醇油比為5，反應溫度為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提質效果較好。

6、r>　　結合生物原油在超臨界乙醇體系催化改性提質實驗數(shù)據，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方案進行了全生命周期評價，結果表明與生產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方案相應指標分別降低96.6％和91.4％，基于甘蔗渣乙醇的催化改性提質方案相應指標分別降低88.0％和85.7％，基于玉米乙醇的催化改性提質方案相應指標分別降低53.1％和31.6％;生物原油在

7、超臨界乙醇體系催化改性提質方案均表現(xiàn)出良好的環(huán)境效益，改性提質過程中纖維素乙醇的引入具有更好的環(huán)境效益。
　　結合Aspen Plus模擬結果，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，結果表明與生產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技術路線相比，生物原