【摘 要】
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生物质能是唯一可以转化为液体燃料的含碳可再生能源,针对生物质高效转化为航空煤油的难点及生命周期内污染物排放造成的环境问题,本文提出了生物质定向热解制备C6-C8低碳芳烃、低碳芳烃烷基化制备C8-C15芳烃、C8-C15芳烃加氢饱和制备C8-C15环烷烃的技术路线。根据定向热解和加氢饱和的不同反应条件,本文建立了生物质定向合成航煤环烷烃的4个系统,系统一:生物质在固定床反应器中定向热解制备C6-C8
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“生物质定向解聚耦合催化重构制取航空液体燃料的基础研究(51861145102)”
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生物质能是唯一可以转化为液体燃料的含碳可再生能源,针对生物质高效转化为航空煤油的难点及生命周期内污染物排放造成的环境问题,本文提出了生物质定向热解制备C6-C8低碳芳烃、低碳芳烃烷基化制备C8-C15芳烃、C8-C15芳烃加氢饱和制备C8-C15环烷烃的技术路线。根据定向热解和加氢饱和的不同反应条件,本文建立了生物质定向合成航煤环烷烃的4个系统,系统一:生物质在固定床反应器中定向热解制备C6-C8芳烃耦合磁力搅拌釜加氢制备C8-C15环烷烃;系统二:生物质在固定床反应器中定向热解制备C6-C8芳烃耦合固定床反应器加氢制备C8-C15环烷烃;系统三:生物质在流化床快速热解-固定床催化重整制备C6-C8芳烃耦合固定床反应器加氢制备C8-C15环烷烃;系统四:生物质在流化床快速热解-固定床催化重整制备C6-C8芳烃耦合磁力搅拌釜加氢制备C8-C15环烷烃。利用Aspen Plus软件对4个系统进行建模和模拟;采用Sima Pro软件对4个系统进行生命周期评价与对比,获得目标产物产率以及环境效应整体最优的系统;最后系统性评价了中泰两国不同种类的生物质原料对最优系统的适应性,为选取中泰两国典型生物质制备航煤环烷烃组分提供参考。Aspen Plus的模拟结果表明:系统二是目标产物产率最高的系统,即生物质在固定床反应器中进行定向热解制备C6-C8芳烃(最佳条件:500℃、HZSM-5催化剂),耦合C8-C15芳烃在固定床反应器中加氢饱和(最佳条件:200℃、3%Ni/γ-Al2O3催化剂、2 MPa)制备C8-C15环烷烃。此时,生物质航煤环烷烃的产量为172.66 kg/t湿生物质,收率达18.89 wt.%,系统功耗和能耗最低为132.26k W,能量回收213.64 k W。生命周期评价结果表明:采用IPCC 2013 GWP方法评价生物质定向合成航煤环烷烃的4个系统,系统二的全球变暖潜值(GWP)最低,为1.62 kg CO2-eq/kg航煤环烷烃,比化石航煤降低了60.79%。采用CML 2001方法对系统二进行全面的评价,发现全球变暖潜值(GWP)和化石资源消耗潜值(FDP)是该系统生命周期评价的主要环境影响类型。以系统二作为生物质制备航煤环烷烃的最优系统,开展了中泰两国典型的生物质对该系统的适应性研究与对比分析:中国各类生物质原料中,以杉木和松木为原料时航煤环烷烃的收率分别为18.89 wt.%和15.57 wt.%,GWP分别为1.24和1.33 kg CO2-eq/kg航煤环烷烃,杉木和松木等木质类生物质较适合作为制备生物质航煤环烷烃的原料;泰国各类生物质原料中,以橡木、麻风树残渣和稻秸为原料时目标产物的收率分别为15.77 wt.%、11.26 wt.%和3.54 wt.%,系统的GWP分别为2.03、1.77、0.79 kg CO2-eq/kg航煤环烷烃。
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