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近年来,能源需求量快速增长,化石能源的供给难以满足能源消费的需求,且化石能源的利用引起的全球环境变化等问题越来越严重,因此寻求可再生的能源愈发迫切。生物质能源作为第四大能源,其高效高品质的利用成为研究的重点。在生物质资源利用的多种途径中,生物质气化间接合成高品位的液体燃料得到了越来越多的关注。与传统的生物质热裂解生物油不同,生物质气化间接合成的液体燃料品位很高,且对环境的影响更小,尤其对全球温室效应有很好的缓和作用。本文对生物质气化合成液体燃料进行了全生命周期评估和经济性分析,并对生物质气化经甲醇法合成汽油工艺过程中的甲醇制汽油进行了实验研究。 生物质气化合成液体燃料的最初工艺为生物质气化,生物质气化的介质和反应器类型不同对生物质气化产物组成的影响很大。生物质气化可按照气化介质不同和反应器类型不同进行分类。本文介绍了固定床、流化床和气流床各自在不同气化介质下得到的生物质气的组成变化。介绍了生物质气的净化和重整过程,并对合成气合成柴油和甲醇制汽油的工艺和研究进展进行了简单综述。 在生物质气化合成液体燃料的全生命周期评估中,首先对生物质气化合成液体燃料的目标和范围进行确定,并对系统边界的确定做出相关假设。分别介绍了生物质气化间接合成两种液体燃料的工艺流程,并列出两种工艺的生命周期的物质和能量清单。根据生命周期清单,依托Gabi软件完成了生物质气化合成液体燃料两种工艺的生命周期分析,按照生命周期评价指标量化分析不同工艺对各环境因素的影响程度,并对比分析每种工艺模块对环境影响的贡献潜力。研究发现,通过生物质气化合成液体燃料对全球变暖有缓解作用;各工艺对环境的影响主要集中在生物质气化阶段;综合对比发现,生产单位MJ能量的液体燃料,生物质气化经甲醇法合成汽油对环境影响的加权更小。 分析了生物质成本和收集范围对生物质气化合成液体燃料经济性的影响。参考已完成建设的相关项目的可行性报告和经济性分析的数据完成年产10万吨的液体燃料的经济性分析,并分析了生物质气化合成液体燃料的成本随生物质市场价格的波动。 生物质气化经甲醇法合成汽油的重要的工艺过程是甲醇制汽油。甲醇制汽油反应放热引起催化剂内局部温升过高,过高的局部温升使得催化剂失活很快,为了缓解由于温度过高引起的催化剂失活问题,在催化剂中添加稀释剂来减缓局部超温。首先用不同比例的石英砂与催化剂混合,发现加入稀释剂对催化剂寿命延长有明显的促进作用,且催化剂与石英砂以2∶1的比例混合时,效果最为明显。而后采用导热系数更高的铜粉作为稀释剂,实验表明,以铜粉作为稀释剂对催化剂寿命的延长效果更为显著。说明加入导热良好的稀释剂能够辅助催化剂反应过程中内部热量向外导出,从而避免了由于散热不佳引起的局部温升过高的问题,对延长催化剂寿命效果显著,且所用稀释剂容易获得、价格合理,有很好的工业应用前景。