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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

基于全生命周期的生物质热解液化技术经济评价

2023-11-17


创新点

生物质热解液化技术能够将秸秆等低品位的生物质转化大量高品位的生物油,是一种极具发展前景的生物质综合利用工艺。对此生产链条进行生命周期技术经济评价,表明生物质热解液化制取生物汽柴油项目具有较好的持续性,投资盈利潜力较高。未来的研发重点将集中在低能耗的绿色环保项目上,同时稳定且廉价的原料供应也将成为企业竞争的关键因素。

作者简介

沈峥 研究员
沈峥,男,博士,同济大学新农村发展研究院研究员、博士生导师,现任同济大学农业环境和生态研究所所长。主要从事环境治理研究及其相关设备开发,积累了丰富的研究经验。先后承担多项国家重点研发项目、国家自然科学基金、省部级及企业合作等项目,主持国家重点研发计划-政府间国际合作项目“腐殖酸和沼气消化液包裹的纳米生物炭增强盐水灌溉的土壤和植物特性研究”。相关研究成果在Chemsuschem, Sustainable Energy & Fuels, Applied Catalysis A: General, Green Chemistry等学术期刊上发表;授权中国发明专利11项和美国发明专利3项。成果获2012年上海市技术发明一等奖、2019年上海市技术发明一等奖、2020年获上海市科技进步一等奖和中国环境保护产业协会环境技术进步一等奖。

基于全生命周期的生物质热解液化技术经济评价


作者

靳梦雨1,宋远博1,顾敏燕2,司慧萍1,沈峥1,*,张亚雷1,3


单位

1. 同济大学 新农村发展研究院

2. 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司

3. 同济大学 环境科学与工程学院


基金项目

国家重点研发计划“固废资源化”重点专项(2019YFC1906700)

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摘要

在“双碳目标”背景下,通过对生物质能源化利用和热解液化制备生物油生产链条的生命周期技术经济评价,开拓生物汽柴油生产方式,为缓解我国原油进口“卡脖子”问题寻求新出路。从生物油厂建设到运营寿命期终止整个过程中,静态投资回收期为5.46年,动态投资回收期为7.45年,内部收益率为17%,累计净现值为2021.491万元。若项目生产成本、生产能力和销售能力与预期值相同,产品销售价格(生物柴油)不低于6105.81元·t-1时,才能避免发生亏损。相对于电耗价格,该项目对原料价格敏感性更低,且需要生产规模大于1700 t才能实现项目的有效盈利。生物油厂进一步降低能耗和原料价格对其生存和发展至关重要,同时稳定廉价的原料供给也是企业竞争的关键所在。

研究背景

生物质作为一种广泛且廉价的资源可以通过各种利用方式实现其资源化和能源化。据统计,我国农业废弃物,以秸秤为代表,理论资源量约为8.3亿吨/年,我国林业废弃物理论资源量3.5亿吨/年,二者共计11.8亿吨,资源庞大。“双碳”目标下,我国农林生物质资源化、能源化开发利用前景广阔,秸秆还田、青贮饲料、厌/耗堆肥、热解碳化制备生物炭、热解气化制备生物气、热解液化制备生物油、生物质发电等产业蓬勃发展。据统计,2022年我国生产原油20467万吨,进口原油5.08亿吨,对外依存度高达71.2%。此背景下,生物质能源化利用暨热解液化制备生物油(bio-oil)以弥补石油能源不足,成为当前产业热点。

生物质热解加氢精制生物油为生物质制烃族燃料工艺的一种。该工艺可以分为两个阶段:热解液化制备生物原油和生物原油加氢制备高品位烃类燃料。阶段一常使用的技术手段包括苯酚液化、多元醇液、生物质快速热解、高压催化热解等。其中,生物质快速热解液化制取生物原油技术,在现阶段生物质可再生工艺中属于最具发展潜力的工艺之一。但由于其成分复杂,很难被直接利用,故而需要将其提炼加工或者分质转化后,才可以实际使用。阶段二是对生物原油进行加氢精制,生物油加氢精制的主要工艺有加氢脱氧和加氢裂化,最终得到高品位烃类燃料。生物质热解液化技术能够将废弃秸秆等生物质分质转化为生物汽油和生物柴油,实现资源化利用,具有良好的应用前景。客观评价农业废弃物资源化利用产生的经济价值,对农业发展及企业投资有重要的参考价值。然而,目前学者尚未对生物质热解液化加氢精制汽柴油技术的经济性开展科学的定量评估,且产品及副产品的利用价值也尚不明确,阻碍了生物质油技术的发展和应用。全生命周期评估(Life Cycle Assessmen,LCA)是一种系统评估方法,用于评估产品、工艺或活动在其整个生命周期阶段中所涉及的各种影响因素。技术经济性评价是一种评估特定技术或项目可行性和效益的方法。它结合了技术、经济和商业等方面的考虑,通过综合分析成本、收益、风险和影响等因素,来评估技术或项目是否值得实施。

本文以秸秤生物质为基材,耦合生物质热解碳化、气化和液化等基础工艺,突出液化产油功能和生物油加氢裂解精制成品油工艺,并对此生产链条进行生命周期技术经济评价,开拓生物汽柴油生产方式,为缓解我国原油进口“卡脖子”问题寻求新出路。

部分图片

图1 生物质热解液化技术

图2 工艺成本分布图

图3 电耗价格的影响

引文格式

靳梦雨,宋远博,顾敏燕,司慧萍,沈峥,张亚雷.基于全生命周期的生物质热解液化技术经济评价[J/OL].能源环境保护:1-9[2023-11-13].https://doi.org/10.20078/j.eep.20231103.

JIN Mengyu,SONG Yuanbo,GU Minyan,SI Huiping,SHEN Zheng,ZHANG Yalei.Economic evaluation of biomass pyrolysis liquefaction technology based on life cycle assessment[J/OL].Energy Environmental Protection:1-9[2023-11-13].https://doi.org/10.20078/j.eep.20231103.


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