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—Ignition Direct—Injection) 发

动机，M100采用Dedi．SI(Dedicated Spark—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1 M100和FTD生命周期清单分析结果

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

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

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

煤基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 ∑⨯=i

i i OEIV N P ω

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

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。