基于混合化学循环模型的生物质可持续多联产DME（二甲醚）、甲醇和氨的工艺及其环境经济分析

《ACS ES&T Engineering》：Hybrid Chemical Looping Model for Sustainable Polygeneration of DME, Methanol, and Ammonia from Biomass with Enviro-Economic Insights

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摘要

二甲醚（DME）、甲醇和氨是多功能化学物质，可作为可持续燃料和碳中性能源系统的清洁能量载体。然而，它们的生产路线面临诸多挑战，这归因于高能耗、碳排放以及原料供应有限的问题。为克服这些挑战，我们开发了一种混合化学循环（HCL）模型，将该模型将基于化学循环的氨生成（CLAG）工艺与三反应器化学循环（TRCL）工艺相结合，从而实现从廉价原料同时生成DME、甲醇和氨的目标。所使用的Aspen-Plus模拟模型具有每小时处理5公吨（MTPH）废弃生物质的能力，包括生物质预处理和挥发分脱除、CLAG、TRCL以及DME合成单元，该模型经过优化后能够生产纯度超过99.9%的氨、DME和甲醇。为了提高工艺能效，我们加入了废热回收模块（HCL-WHR），并将其与基线方案（HCL-WWHR）进行了比较。与直接工艺相关的二氧化碳（CO₂）排放被捕获并转化为液态二氧化碳（liquid CO₂），从而显著降低了排放量。生命周期分析显示，在每种方案下，全球变暖潜能值分别为?1088.20千克二氧化碳当量和?2983.36千克二氧化碳当量（基于每小时处理5公吨生物质的产能）。技术经济分析表明，采用HCL-WHR方案可带来可观的经济效益，在20年的项目生命周期内可实现1.1979亿美元（$119.79 million）的净现值。这些研究结果证实，HCL系统是一种可行且可扩展的途径，能够将废弃生物质转化为高附加值产品。

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