煤基液体燃料典型产品生命周期评价.docx

1、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

2、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200 km的周边市场，油品分配为20 km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ta，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(CompressionIgnit

3、ion DirectInjection) 发动机，M100采用DediSI(Dedicated SparkIgnition)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341。 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21 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

4、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200 km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246kg(万吨km)。22 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

5、分配原则。由此可得到M100和FTD生命周期清单，见表1。表1 M100和FTD生命周期清单分析结果名称GJ/100km或kg/100kmM100为100%，FTDM100FTD能源消耗0.530.58109CO256.3161.50109CH41.261.66132VOC50.010.0165CO 0.240.0315NOx0.020.0180PM100.110.12110SOx0.000.001073 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。31 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

6、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32 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。34 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

7、和结果影响类型参数1995年世界范围/kgM100FTDADP锑当量1.57E+111.64E-121.79E-12GWPCO2当量3.86E+132.14E-122.50E-12APSO2当量2.99E+115.23E-144.50E-14POCP乙烯当量4.55E+104.53E-133.40E-13HTP1，4-二氯苯当量4.98E+131.89E-151.90E-1535 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ADPGWPAPPOCPHTP权重0.370.240.080.100.21煤

8、基M10O和FTD环境影响总水平值(0verall environmental impact vaIue，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；i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121012 ，FTD的OEIV值为1310-12 ，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ADPGWPAPPOCPHTPOEIVM1006.0E-135.2E-134.4E-154.5E-144.0E-161.2E-12FTD6.5E-136.0E-133.8E-153.4E-144.0E

9、-161.3E-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41 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

10、2 敏感性分析421 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。422 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

11、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2GHG。采用未来发动机，Ml00采用SlDI(SparkIgnition

12、 DirectInjection)比SI发动机燃油经济性提高15，GHG减排7 ；FTD采用GI CIDI HEV( Gridindependent CIDI HybridElectricVehicles)技术，燃油经济性比CIDI技术提高17 ，GHG排放减少25。43 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

13、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. 200822(3)：4852【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)：3740【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200525(5)：632635