煤基液体燃料典型产品生命周期评价.docx
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煤基液体燃料典型产品生命周期评价
煤基液体燃料典型产品生命周期评价
文献[51]中，以煤基液体燃料典型产品—煤基甲醇（简称M100）和煤基费托合成柴油（简称FTD）为例进行了生命周期评价（LCA）。
1.生命周期评价目的和范围确定
1.1评价目的
依据ISO14040标准，利用生命周期评价工具评价FTD和M100作为车用替代燃料生命周期内5种环境影响指标，包括：
不可再生资源的消耗（ADP）、全球变暖潜力（GWP）、酸化潜力（AP）、光化学烟雾潜力（POCP）和人体毒性潜力（HTP）。
1.2评价范围
本文研究的两种方案为：
M100：
煤炭开采洗选、甲醇生产、甲醇运输和分配、M100车辆燃烧阶段；
FTD：
煤炭开采洗选、FTD生产、FTD运输和分配、FTD车辆燃烧阶段。
为了评价基于相同的起点，对M100和FTD生命周期技术和经济方面作如下假设：
●两厂地理位置相同；
●所产甲醇和F1D先满足当地消耗，替代传统汽油、柴油的市场份额为100％，剩余产品都以铁路运往200km的周边市场，油品分配为20km公路运距；
●不考虑设备、厂房等建筑物和车辆自身生命周期链的环境排放；
●合成油厂的生产规模确定为100万t／a，根据二者的热值系数比确定相同热值下甲醇厂生产规模为240万吨／年。
●合成油煤间接液化技术采用低温费托浆态床合成技术；甲醇采用低压气相法合成甲醇技术。
●FTD采用CIDI（Compression—IgnitionDirect—Injection）发动机，M100采用Dedi．SI（DedicatedSpark—Ignition）发动机。
●研究中所用电力均为外购电网电，且l00％火力发电，发电效率为34．1％。
●汽车尾气包含7种常规排放污染物，不考虑非常规排放对环境的污染。
同时，人体毒性评价也不考虑燃料本身毒性导致操作中挥发或者泄露事故而导致的人体、环境安全问题。
1.3功能单位
选取M100和FTD轿车平均路况下行使100km为单位来计算环境负荷。
2．清单分析
2．1数据来源
煤炭开采过程煤层气的排放量均来自文献【52】。
生产过程中煤气化、煤气净化、合成和精制过程中的消耗和整个工厂的固定资产投资估算均来源于国内正在建设项目的可研报告。
电力消耗的碳排放系数来自文献【53】。
假设燃料运输为200km的铁路，国家统计局资料称，2005年我国内燃机车柴油消耗强度为24．6kg／（万吨·km）。
2．2清单分析结果
CO2排放有两个主要来源：
过程燃料燃烧和反应直接排放。
过程燃料燃烧CO：
排放通过计算碳平衡得到。
具体方法为燃料中的碳减去过程燃料燃烧生成VOCs、CO和CH4中的碳。
M100和FTD生产阶段由于还存在其它产品和副产品，例如FT合成产品除了FTD还有LPG和石脑油等。
因此无论是原料煤和动力消耗，还是污染物排放都需要在各个产品间进行分配，以得到M100和FTD应承担的环境负荷。
研究以产品质量作为清单数据的分配原则。
由此可得到M100和FTD生命周期清单，见表1。
表1M100和FTD生命周期清单分析结果
名称
GJ/100km或kg/100km
M100为100%，FTD
M100
FTD
能源消耗
0.53
0.58
109
CO2
56.31
61.50
109
CH4
1.26
1.66
132
VOC5
0.01
0.01
65
CO
0.24
0.03
15
NOx
0.02
0.01
80
PM10
0.11
0.12
110
SOx
0.00
0.00
107
3生命周期影响评价（LCIA）
LCIA是根据清单分析过程列出的要素对环境影响进行定性和定量分析。
3．1影响类型的选择
煤基车用液体燃料生命周期过程产生的环境影响种类很多。
结合我国当前的环境状况和研究水平，初步确定煤基车用液体燃料生命周期影响评价涉及的具体影响类型如表2所示。
表2相关影响类型和类型参数
影响类型
清单结果
参数
ADP
不可再生资源消耗
锑当量
GWP
温室气体排放
CO2当量
AP
酸性气体排放
SO2当量
POCP
光化学氧化剂气体排放
乙烯当量
HTP
毒性物质排放
1，4-二氯苯当量
3．2分类
将LCI结果划归到所选的不同影响类型中去。
煤基车用液体燃料清单数据归类如图1所示。
3．4特征及归一化
首先通过特征化，将每一具体影响类型中不同特征转化和汇总成为统一的单元，然后选择1995年世界范围内的各类环境负荷总量作为标准化基准，对煤基M100和FTD特征化结果进行归一化，结果见表5。
表5归一化基准和结果
影响类型
参数
1995年世界范围/kg
M100
FTD
ADP
锑当量
1.57E+11
1.64E-12
1.79E-12
GWP
CO2当量
3.86E+13
2.14E-12
2.50E-12
AP
SO2当量
2.99E+11
5.23E-14
4.50E-14
POCP
乙烯当量
4.55E+10
4.53E-13
3.40E-13
HTP
1，4-二氯苯当量
4.98E+13
1.89E-15
1.90E-15
3．5加权评估及环境影响总水平值
加权评估中，各权重因子代表各个影响的重要性，所用的权重因子如表6所示。
表6煤基车用液体燃料环境影响权重
影响类型
ADP
GWP
AP
POCP
HTP
权重
0.37
0.24
0.08
0.10
0.21
煤基M10O和FTD环境影响总水平值（0verallenvironmentalimpactvaIue，OEIV）为各具体影响类型归一化结果的加权和为
式中：
N为各具体影响类型归一化结果；ωi为相应影响类型的权重。
利用表6中的权重因子对表5中归一化结果进行加权到M10O的OEIV值为1．2×10—12，FTD的OEIV值为1．3×10-12，结果见表7。
表7煤基甲醇和煤基柴油生命周期单一指标结果
ADP
GWP
AP
POCP
HTP
OEIV
M100
6.0E-13
5.2E-13
4.4E-15
4.5E-14
4.0E-16
1.2E-12
FTD
6.5E-13
6.0E-13
3.8E-15
3.4E-14
4.0E-16
1.3E-12
从上面的结果我们可以注意到，FTD的OEIV值略高于M10O的OEIV值的主要原因是FTD的ADP和GWP指标较高，且相应的权重因子也较高。
若以AP和POCP为主要环境考察指标（即提高该影响类型权重）FTD的OEIV值有可能低于M10O的OEIV值。
4生命周期结果解释
4．1重大问题识别
从表7可见，煤基液体燃料生命周期过程中不可再生资源的消耗（ADP）和温室效应（GWP）为最严重的两类环境问题，应该得到最为严格的管理和控制。
煤炭作为原料和主要的动力燃料是最主要的原因，因此煤炭的清洁转化利用工艺的开发和应用以及碳的捕集、储存和利用技术是最重要的问题，即首选的环保热点。
4．2敏感性分析
4．2．1能源效率影响
能源效率表明能源的有效利用，能源效率越高所消耗的原始能量和产生的污染物排放越少。
由于国内煤制甲醇技术相对成熟，而煤
制油技术的开发刚刚开始，处于工业示范阶段，工艺技术还存在较高提升潜力。
所以计算当甲醇的生产效率不变时FT生产效率增加一定的百分数，温室气体排放的变化。
图3表明，当FT生产的能效上升4％时，两种燃料生命周期产生的ADP和GWP相当。
4．2．2碳减排措施
为了寻找可能的温室气体（GHGs）减排策略，对基本案例作了一系列的敏感性分析案例，包括：
应用更高级的发动机技术、煤层甲烷气的捕集、捕集生产过程排放CO2、捕集过程排放和过程燃料燃烧排放CO2。
表8为所设计的案例得到GHG减排量。
表8温室效应敏感性分析
对基准案例改变
GHG减排量
M100/%
FTD/%
基准案例
捕集过程CO2
-45
-48
捕集反应和燃料燃烧CO2
-60
-61
捕集煤层甲烷气
-2
-2
先进发动机
-15
-25
从表8可见，CO2捕集为煤基液体燃料生命周期GHG减排最有效的措施。
捕集煤液化过程排放的高浓度CO2可能的减排量M1O0为45％，FTD为48％。
此外，另一个重要的CO2排放源为生产过程燃料燃烧排放。
同时考虑捕集这两部分CO2集中排放，全生命周期可能产生的减排量Ml00为60％；FTD为6l％。
捕集煤层甲烷气可大约减排2％GHG。
采用未来发动机，Ml00采用SlDI（Spark—IgnitionDirect—Injection）比SI发动机燃油经济性提高15％，GHG减排7％；FTD采用GICIDIHEV（Grid—independentCIDIHybrid—Electric—Vehicles）技术，燃油经济性比CIDI技术提高17％，GHG排放减少25％。
4．3结论
（1）对煤基M100和FTD作为车用替代燃料生命周期进行评价，结果表明两种燃料的生命周期主要的两类环境影响为温室效应和不可再生资源消耗。
与M1O0相比，FTD这两类环境影响都较高，所以导致FTD环境影响总水平值略高。
（2）针对最大的环境影响类型寻找改进措施。
结果表明在单项减排措施中，对生产过程集中排放的高浓度CO2采用碳捕集技术对降低温室效应最明显。
建议综合利用以上策略最大可能减少GHG排放。
（3）由于甲醇燃料汽车非常规排放和甲醇输配和使用过程发生泄漏或其它安全事故时产生的环境污染和人体健康毒害还需要广泛研究试验，所以上述研究结果只能作为两种燃料环境影响评价的决策参考
参考文献
【51】魏迎春，邓蜀平，蒋云峰，钱新荣。
煤基甲醇和煤基柴油生命周期评价【J】．能源环境保护.2008．22（3）：
48～52
【52】郑爽．我国煤层甲烷类温室气体排放及清单编制【M】．中国煤炭，2OO2，28（5）：
37～40．
【53】狄向华，聂祚仁，左铁镛．中国火力发电燃料消耗的生命周期排放清单【J】．中国环境科学．2005．25（5）：
632～635．
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