石油石化科技

美国开发高效碳转化的生物质制油工艺

2009-03-16　　关键字：　　来源：中国石油石化工程信息网

  [石油化工科技网2009年3月11日]  美国爱德华国家实验室(INL)的研究人员于2009年1月10日宣布，正在开发称之为Bio-Syntrolysis的高效碳转化的生物质制油（BTL）工艺，该工艺将高温蒸汽电解（HTSE）与生物质气化组合在一起，生产的合成气用于下一步转化生成合成燃料和化学品。该工艺可高效地使生物质碳转化为合成气（>90%）。
  对于后续采用给定的典型费托合成工艺，Bio-Syntrolysis工艺可将生物质中的碳约90%转化为液体合成燃料。相对比较，常规的生物质或煤炭气化生产液体燃料仅能将35%的碳转化为液体燃料。同样地，常规的生物法乙醇生产路线仅能将~35%的生物质碳转化为液体燃料。
  在Bio-Syntrolysis工艺中，来自生物质气化的过程热量产生蒸汽，用于提高高温蒸汽电解（HTSE）过程的产氢效率，而生物质本身是碳的来源。来自HTSE的氢气可使用于生产合成气的生物质碳有高的利用率，而从水爆裂得到的氧气用于控制气化过程。该新工艺是爱德华国家实验室(INL)有关联合电解(Syntrolysis)技术的一项创新。
  Syntrolysis技术采用高温电解，利用固体氧化物电解电池，其设计的优点是电力可来自核能或可再生能源，同时，工业的过程热量可一起将水和二氧化碳转化为合成气。
  然而，使纯的CO2爆裂需能量密度是很大的。
  研究人员发现，采用Bio-Syntrolysis工艺，其单位电力产生的合成气量，与Syntrolysis工艺相比要高出许多（~20%）。Bio-Syntrolysis工艺中，在生物质气化器中产生很少量的CO2，大多为CO。生成CO产生的热量正好可完全满足加热水成为蒸汽所需的热量，以用于高温蒸汽电解（HTSE）。
  在模拟研究中，爱德华国家实验室(INL)的研究团队得出结论是，Bio-Syntrolysis工艺中的碳利用率受气化器温度仅稍有影响，取决于原料和气化器温度，其碳利用率范围为94%~95%。
  合成气生产效率接近于动力循环效率。假定发电的动力循环热效率为50%（为GENIV型核反应堆的效率），而合成气生产效率范围为70%~73%。
  所需的电力可来自非化石资源如核能、水力能、风能或太阳能，以保持该过程的碳中性。
  1.高温电解：INL研究人员于2008年9月通过高温电解来大规模生产氢气达到了一个里程碑，从此前的较小规模发展到大规模，生产出5.6立方米/时的氢气。
  高温电解(HTE)在需用一些能量的情况下，可将水分离成氢气和氧气，热量来自高温蒸汽，替代了电力。与直接使用热量相比，因为热量转化为电力的效率较低，故THE减少了所需的整个用能。
  电解电池由固体氧化物电解质与放置在电解质两端的导电电极组成。蒸汽和氢气的高温混合物供入电解质的阳极。
  2.Bio-Syntrolysis：全部处理生物质成为液体燃料的2.5万桶（即105万加仑、397.4万升）/天装置投资费用约为20亿美元。
  该装置的生产成本为2.80美元/加仑，使用电力1000MW。
  该工艺要普及需要采用非化石电力。
  INL已于2008年5月开始对Bio-Syntrolysis工艺进行模拟和经济分析，并申请了美国专利。（Greencarcongres，2009-1-10）