【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】綠色甲醇燃料是應對航運業(yè)脫碳的替代燃料之一，備受工業(yè)界和投資界關(guān)注。中國已建/在建/規(guī)劃中的綠色甲醇項目產(chǎn)能和投資數(shù)據(jù)不斷更新，其中生物質(zhì)氣化制綠色甲醇燃料路線是主要技術(shù)路線之一。但是其工業(yè)化進程受到可再生電力缺乏有效保障、技術(shù)成熟度、產(chǎn)品碳排放等要素影響。尤其是受歐盟《可再生能源指令》影響，如何基于工業(yè)化多要素條件進行碳排放約束下的生物質(zhì)氣化制綠色甲醇燃料的技術(shù)路線設計，并為之提供綜合解決方案，是目前工業(yè)界、投資界以及相關(guān)參與方最關(guān)注的問題之一。因此，迫切需要進行系統(tǒng)集成研究，以為之提供基礎數(shù)據(jù)支持和多場景解決方案。
 

　　針對以上問題，中國科學院上海高等研究院(以下簡稱“上海高研院”)唐志永研究員和汪丹峰博士等人，基于精細化建模對碳排放約束下多場景船用綠色甲醇燃料系統(tǒng)進行了集成研究分析。研究成果以“Reducing the lifecycle carbon emissions of rice straw-to-methanol for alternative marine fuel through self-generation and renewable electricity”為題發(fā)表在Energy Conversion and Management上。
 

　　基于中國沿海某化工園區(qū)的10萬噸/年規(guī)模的秸稈制綠色甲醇燃料裝置，對其進行多場景設計、全流程精細化建模、能量分析、?分析和生命周期碳排放分析。根據(jù)基于生物質(zhì)氣化制綠色甲醇過程的副產(chǎn)燃料氣和粗合成氣的能量品位的不同，提出了四條技術(shù)路線：路線1利用副產(chǎn)燃料氣體通過蒸汽輪機發(fā)電，不足部分外購電力補充；路線2利用高壓馳放氣通過燃氣輪機發(fā)電，不足部分外購電力補充；路線3利用副產(chǎn)燃料氣和部分粗合成氣通過蒸汽輪機發(fā)電，實現(xiàn)電力與蒸汽平衡；路線4利用高壓馳放氣通過燃氣輪機發(fā)電，利用溶解氣、不凝氣和部分粗合成氣通過蒸汽輪機發(fā)電，實現(xiàn)電力與蒸汽平衡。結(jié)果表明，路線2的甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)?效率最高，路線1、4、2依次遞減。其中氣化單元、合成氣調(diào)節(jié)單元、電力和蒸汽生產(chǎn)單元的?效率較低。水稻種植階段(包括稻田中CH4和N2O排放的碳排放)是碳排放的主要來源之一。另外通過降低秸稈消耗量并減少秸稈粉碎、干燥和成型所需的能耗，可以有效降低秸稈原材料生產(chǎn)階段碳排放。若不包括水稻種植和作物收割環(huán)節(jié)，路線1和2(采用外購網(wǎng)電)的碳排放強度不符合歐盟甲醇燃料碳排放強度要求。然而，當路線1和2所外購電力為可再生能源電力，與無需外購電的路線3和4，均符合歐盟規(guī)定的碳排放限制。當可再生電力可用時，建議使用路線2。當難以獲得可再生電力時，首選路線4。考慮到維護燃氣輪機的挑戰(zhàn)，還建議使用路線1(外購可再生電力)和路線3。
 

圖1 秸稈制甲醇工藝系統(tǒng)框圖
 

圖2 甲醇碳排放強度比較
 

　　該工作基于精細化建模對碳排放約束下多場景秸稈制船用綠色甲醇燃料系統(tǒng)進行集成研究分析，能夠為集成系統(tǒng)動態(tài)控制運行研究，以及其工業(yè)化提供基礎數(shù)據(jù)支持和解決方案參考。論文的第一作者為上海高研院汪丹峰。該研究得到國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃的支持。