【儀表網 研發快訊】綠色甲醇燃料是應對航運業脫碳的替代燃料之一，備受工業界和投資界關注。中國已建/在建/規劃中的綠色甲醇項目產能和投資數據不斷更新，其中生物質氣化制綠色甲醇燃料路線是主要技術路線之一。但是其工業化進程受到可再生電力缺乏有效保障、技術成熟度、產品碳排放等要素影響。尤其是受歐盟《可再生能源指令》影響，如何基于工業化多要素條件進行碳排放約束下的生物質氣化制綠色甲醇燃料的技術路線設計，并為之提供綜合解決方案，是目前工業界、投資界以及相關參與方最關注的問題之一。因此，迫切需要進行系統集成研究，以為之提供基礎數據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”為題發表在Energy Conversion and Management上。
基于中國沿海某化工園區的10萬噸/年規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。根據基于生物質氣化制綠色甲醇過程的副產燃料氣和粗合成氣的能量品位的不同，提出了四條技術路線：路線1利用副產燃料氣體通過蒸汽輪機發電，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電，不足部分外購電力補充；路線3利用副產燃料氣和部分粗合成氣通過蒸汽輪機發電，實現電力與蒸汽平衡；路線4利用高壓馳放氣通過燃氣輪機發電，利用溶解氣、不凝氣和部分粗合成氣通過蒸汽輪機發電，實現電力與蒸汽平衡。結果表明，路線2的甲醇生產系統?效率最高，路線1、4、2依次遞減。其中氣化單元、合成氣調節單元、電力和蒸汽生產單元的?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階段碳排放。若不包括水稻種植和作物收割環節，路線1和2(采用外購網電)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，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進行集成研究分析，能夠為集成系統動態控制運行研究，以及其工業化提供基礎數據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計劃的支持。
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