【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】綠色甲醇燃料是應(yīng)對(duì)航運(yùn)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(guó)已建/在建/規(guī)劃中的綠色甲醇項(xiàng)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(jìn)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(jìn)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(shè)計(jì)，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(wèn)題之一。因此，迫切需要進(jìn)行系統(tǒng)集成研究，以為之提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持和多場(chǎng)景解決方案。
 

　　針對(duì)以上問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院(以下簡(jiǎn)稱“上海高研院”)唐志永研究員和汪丹峰博士等人，基于精細(xì)化建模對(duì)碳排放約束下多場(chǎng)景船用綠色甲醇燃料系統(tǒng)進(jìn)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(guó)沿海某化工園區(qū)的10萬(wàn)噸/年規(guī)模的秸稈制綠色甲醇燃料裝置，對(duì)其進(jìn)行多場(chǎng)景設(shè)計(jì)、全流程精細(xì)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(guò)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(guò)蒸汽輪機(jī)發(fā)電，不足部分外購(gòu)電力補(bǔ)充；路線2利用高壓馳放氣通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，不足部分外購(gòu)電力補(bǔ)充；路線3利用副產(chǎn)燃料氣和部分粗合成氣通過(guò)蒸汽輪機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)電力與蒸汽平衡；路線4利用高壓馳放氣通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，利用溶解氣、不凝氣和部分粗合成氣通過(guò)蒸汽輪機(jī)發(fā)電，實(shí)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(lái)源之一。另外通過(guò)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(gòu)網(wǎng)電)的碳排放強(qiáng)度不符合歐盟甲醇燃料碳排放強(qiáng)度要求。然而，當(dāng)路線1和2所外購(gòu)電力為可再生能源電力，與無(wú)需外購(gòu)電的路線3和4，均符合歐盟規(guī)定的碳排放限制。當(dāng)可再生電力可用時(shí)，建議使用路線2。當(dāng)難以獲得可再生電力時(shí)，首選路線4。考慮到維護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)的挑戰(zhàn)，還建議使用路線1(外購(gòu)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(qiáng)度比較
 

　　該工作基于精細(xì)化建模對(duì)碳排放約束下多場(chǎng)景秸稈制船用綠色甲醇燃料系統(tǒng)進(jìn)行集成研究分析，能夠?yàn)榧上到y(tǒng)動(dòng)態(tài)控制運(yùn)行研究，以及其工業(yè)化提供基礎(chǔ)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(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。