绿色甲醇燃料合成精细化建模和碳排放约束下多场景解决方案研究

文摘   2024-11-10 07:58   上海  
2024生物基绿色甲醇与生物质气化论坛将于12月10日在成都召开。会议将探讨绿色甲醇产能规划及生物质气化市场前景,船用绿色甲醇和绿色LNG竞争格局,生物质气化与电解水绿氢耦合制绿色甲醇技术和成本,生物质破碎与成型预处理设备,生物质固定床、流化床、气流床和热解气化工艺与示范经验,能源植物研究进展与大规模种植前景,生物基甲烷蒸汽重整制绿色甲醇等。
本文来源:上海高研院上海高研院
上海高研院绿色甲醇燃料合成精细化建模和碳排放约束下多场景解决方案研究取得新进展


中国科学院上海高等研究院


绿色甲醇燃料是应对航运业脱碳的替代燃料之一,备受工业界和投资界关注。中国已建/在建/规划中的绿色甲醇项目产能和投资数据不断更新,其中生物质气化制绿色甲醇燃料路线是主要技术路线之一。但是其工业化进程受到可再生电力缺乏有效保障、技术成熟度、产品碳排放等要素影响。尤其是受欧盟《可再生能源指令》影响,如何基于工业化多要素条件进行碳排放约束下的生物质气化制绿色甲醇燃料的技术路线设计,并为之提供综合解决方案,是目前工业界、投资界以及相关参与方最关注的问题之一。因此,迫切需要进行系统集成研究,以为之提供基础数据支持和多场景解决方案。


针对以上问题,中国科学院上海高等研究院(以下简称“上海高研院”)唐志永研究员和汪丹峰博士等人,基于精细化建模对碳排放约束下多场景船用绿色甲醇燃料系统进行了集成研究分析。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”为题发表在Energy Conversion and Management上。

图1 秸秆制甲醇工艺系统框图



基于中国沿海某化工园区的10万吨/年规模的秸秆制绿色甲醇燃料装置,对其进行多场景设计、全流程精细化建模、能量分析、㶲分析和生命周期碳排放分析。根据基于生物质气化制绿色甲醇过程的副产燃料气和粗合成气的能量品位的不同,提出了四条技术路线:路线1利用副产燃料气体通过蒸汽轮机发电,不足部分外购电力补充;路线2利用高压驰放气通过燃气轮机发电,不足部分外购电力补充;路线3利用副产燃料气和部分粗合成气通过蒸汽轮机发电,实现电力与蒸汽平衡;路线4利用高压驰放气通过燃气轮机发电,利用溶解气、不凝气和部分粗合成气通过蒸汽轮机发电,实现电力与蒸汽平衡。结果表明,路线2的甲醇生产系统㶲效率最高,路线1、4、2依次递减。其中气化单元、合成气调节单元、电力和蒸汽生产单元的㶲效率较低。水稻种植阶段(包括稻田中CH4和N2O排放的碳排放)是碳排放的主要来源之一。另外通过降低秸秆消耗量并减少秸秆粉碎、干燥和成型所需的能耗,可以有效降低秸秆原材料生产阶段碳排放。若不包括水稻种植和作物收割环节,路线1和2(采用外购网电)的碳排放强度不符合欧盟甲醇燃料碳排放强度要求。然而,当路线1和2所外购电力为可再生能源电力,与无需外购电的路线3和4,均符合欧盟规定的碳排放限制。当可再生电力可用时,建议使用路线2。当难以获得可再生电力时,首选路线4。考虑到维护燃气轮机的挑战,还建议使用路线1(外购可再生电力)和路线3。

图2 甲醇碳排放强度比较


该工作基于精细化建模对碳排放约束下多场景秸秆制船用绿色甲醇燃料系统进行集成研究分析,能够为集成系统动态控制运行研究,以及其工业化提供基础数据支持和解决方案参考。论文的第一作者为上海高研院汪丹峰。该研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。
文章链接:  
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.119202

绿色甲醇既是清洁能源又是重要的化工原料,是“甲醇经济”概念的核心。国际航运业绿色低碳转型已经成为全球关注的重点议题,为绿色甲醇带来巨大的市场需求。绿色甲醇不仅是极具潜力的船用燃料和车用燃料,而且以绿色甲醇可以生产可持续航空燃料 (SAF)、绿色塑料和高价值绿色化学品


亚化咨询《中国绿色甲醇产业链年度报告》数据显示,绿色甲醇主要由生物质气化耦合绿氢生产。生物质原料的稳定供应和预处理、生物质气化技术、波动绿电大规模电解水制氢、柔性合成制甲醇工艺与催化剂是行业关注的重点。在生物质气化之外,以生物基沼气(甲烷)蒸汽重整制绿色甲醇也是值得关注的工艺路线。

生物质气化是生物基绿色甲醇的核心技术。生物质气化和煤气化相似,有固定床气化、流化床气化、气流床气化和热解气化等类别,也都包括原料预处理、气化和合成气净化单元。中国在煤气化领域深厚的技术积累、丰富的工程和运行经验以及强大的设备制造能力,使生物质气化具备了成功的基础。而规划总产能达到数千万吨的绿色甲醇项目,也为生物质气化产业链的技术和设备供应商,以及工程公司带来了巨大的商业机会

亚化咨询《中国生物质气化技术与项目年度报告》显示,生物质原料的大规模稳定供应是项目成功的关键。生物质气化原料包括农业废弃物、林业废弃物和城市有机垃圾。生物质原料属于低价值产品,运输成本占据较大比例,因此需要合理规划项目规模,确保经济运输半径内可以获取足够生物质原料。与此同时,超级芦竹等能源植物的大规模种植,也有望成为生物质气化的重要原料来源。

2024生物基绿色甲醇与生物质气化论坛将于12月10日在成都召开,我们诚挚邀请行业专家作以下主题的演讲报告


1. 绿色甲醇产能规划及生物质气化市场前景

2. 船用绿色甲醇和绿色LNG竞争格局展望

3. 生物质气化与电解水绿氢耦合制绿色甲醇工艺路线

4. 生物基绿色甲醇的国际标准与认证

5. 中国生物质气化原料资源分析与搜集和运输方案

6. 能源植物研究进展与大规模种植展望

7. 生物质破碎与成型预处理技术和设备

8. 固定床生物质气化技术与中试经验

9. 流化床生物质气化技术优势分析

10. 气流床生物质气化发展历史与技术特点

11. 气流床生物质气化原料低温烘焙工艺及设备

12. 生物质热解气化供热、供电多联产技术与经验

13. 生物基合成气净化技术与设备

14. 生物质气化和绿氢耦合制绿色甲醇的成本分析

15. 将生物基沼气提纯为生物甲烷的先进膜法工艺

16. 生物基甲烷蒸汽重整制绿色甲醇的竞争力

2024生物基绿色甲醇与生物质气化论坛将于12月10日在成都召开。会议将探讨绿色甲醇产能规划及生物质气化市场前景,船用绿色甲醇和绿色LNG竞争格局,生物质气化与电解水绿氢耦合制绿色甲醇技术和成本,生物质破碎与成型预处理设备,生物质固定床、流化床、气流床和热解气化工艺与示范经验,能源植物研究进展与大规模种植前景,生物基甲烷蒸汽重整制绿色甲醇等。

第二届可持续航空燃料(SAF)大会将于12月11日在成都召开。会议将探讨全球航空业脱碳趋势与SAF市场和供需展望,SAF成本降低潜力与竞争力分析,油脂加氢(HEFA)、木质纤维素制SAF、甲醇制SAF、乙醇制SAF、合成气F-T合成制SAF、生物质气化与绿电、绿氢耦合制SAF、CO2和绿氢直接合成SAF技术,航空公司、飞机制造商和航发制造商的SAF应用经验等。

2024零碳工厂与零碳园区论坛将于12月17日在常州召开。会议将探讨双碳背景下零碳工厂与零碳园区政策展望、技术规范、实施路径、认证标准和认证体系,行业领军企业零碳工厂与零碳园区发展经验和典型案例分享,零碳园区数字化解决方案与综合能源系统构建,源网荷储一体化、光储直柔、热泵、BIPV、氢燃料电池热电联供等技术与设备应用等。


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