CO₂+H₂制备绿色低碳甲醇技术
编辑:2023-11-08 00:00:00
二氧化碳是造成全球变暖的祸首,但它作为工业原料的用途却十分有限。传统的碳捕集与封存只是把二氧化碳封存起来,不能实现再利用,并且投资较大,收益甚微,不能从根本上解决二氧化碳的减排问题。因此,近年来开发二氧化碳收集和再利用技术成为热点。
以二氧化碳为原料,与氢气反应合成甲醇,一方面可以利用CO2合成化工原料,实现碳氢源的循环利用;另一方面可以与新能源电解制氢、氯碱等工业衔接,实现氢资源的储存,未来具有较为重要的价值和意义。该技术曾经一度在全球引发关于“甲醇经济”的广泛探讨,其中,比较有影响力的是1995年诺贝尔化学奖得主乔治·奥拉博士在其专著“跨越油气时代—甲醇经济”(Beyond Oil and Gas:the Methanol Economy) 中对于二氧化碳制甲醇技术进行了较为详细的阐述,且对甲醇在未来能源解决方案中的重要作用进行了重点说明。甲醇经济的*大优点之一在于提供了灵活利用任何能源(常规能源、可再生能源和太阳能、化石能源)来制备二氧化碳化学循环回收所需的氢气,同时二氧化碳加氢制甲醇技术可以为甲醇生产和储能提供一种全新而便捷的思路,具有重要的推广价值。
作为全球领先的冰岛ETL(Emission to Liquid)技术,不同于传统的合成气(H₂+CO)制甲醇,反应的放热大大减少,反应更加温和,副产物更少。整个生产过程中的合成和精馏工艺也更加简洁*,而且二氧化碳作为减排对象,通过ETL技术可快速实现减排的目的。
相比传统甲醇合成技术,ETL甲醇装置投资更少,能耗更低,是非常理想的减碳技术路线。
目前绝大部分二氧化碳制甲醇工艺的催化剂存在转化率和选择性较差的问题,为此国内外一些企业与研究机构,如丹麦托普索(Haldor Topse)、日本关西电力公司(Kansai Electric Power)和三菱重工(MitsubishiHeavy Industries)、德国鲁奇公司(Lurgi)、韩国科学技术研究院(KOREA Institute of Science andTechnology,KIST)等均在攻关*催化剂及相应技术。据报道,日本三井化学株式会社于2009年斥资1600万美元建成全球首套100吨/年二氧化碳制甲醇中试装置并获得成功,目前尚未见到其公开的工业化运行装置。
国内在二氧化碳加氢制甲醇技术方面也展开了相关研究,如中科院上海高等研究院与上海华谊集团合作开展二氧化碳加氢制甲醇工业化技术的研发,在完成了近1200小时连续运转的单管试验的基础上,2016年项目研发团队与设计部门完成了10-30万吨/年二氧化碳制甲醇技术工艺包的编制,但是目前尚未见工业化运行装置。中国科学院大连化学物理研究所李灿院士及其团队在CO₂催化加氢制备液态燃料(含甲醇)的催化剂研究方面取得了一定进展,2020年在兰州开展过中试到工业化示范的相关技术研究和工业示范装置建设筹划。
目前全球唯一工业在产的二氧化碳加氢制甲醇项目是冰岛碳循环利用公司(Carbon Recycling International,简称CRI)开发的ETL工艺技术,通过以地热发电产生的电经电解水制氢,同时从工业尾气中回收提取二氧化碳,然后经CRI公司专有的ETL专利工艺合成绿色低碳甲醇。该套装置于2012年投产,初期甲醇产能为1300吨,2014年通过技术改造和升级,将甲醇产能扩展到4000吨。截止目前,该装置已经稳定运行了10年,积累了丰富的数据,为大型工业化示范和技术推广奠定了良好的基础。2022年10月,采用ETL技术的中国河南安阳10万吨级绿色低碳甲醇项目成功投产,成为中国首套、全球规模*大的二氧化碳制甲醇工厂。2023年9月份全球第二套十万吨级二氧化碳制甲醇项目,江苏盛虹集团斯尔邦石化即将投产。
CRI公司ETL技术具有如下特点:
· 全球首套成功实现工业化应用的技术
· 工艺路线简洁优化、环保节能
· 全自动生产控制
· 工艺操作弹性宽
· 光伏、风电、水电等可再生能源化学储能的有效解决方法
· 催化剂性能及工艺技术稳定性经过商业实践考验
· 正在实现规模更大的单线生产技术工艺包
· 装备制造几乎全部实现国产化
· 具有独特优势的投资低与低运行成本
与传统的植树造林减少温室气体的排放相比,绿色甲醇项目的“模拟光合作用”吸收二氧化碳的能力更强,10万吨甲醇项目可直接消纳吸收15万吨二氧化碳,等同于15万亩森林一年的二氧化碳吸收量,大大减少了植树造林的占地面积,具有良好的温室气体减排*。