不同CO_(2)捕集技术的CO_(2)耦合绿氢制甲醇工艺研究

大量的化石燃料燃烧导致温室气体排放增加,全球气候变暖。世界各国以全球协约的方式减排CO_(2),我国也由此提出“碳达峰·碳中和”目标。CO_(2)捕集以及转化制液体燃料和化学品是双碳目标下行之有效的碳减排措施之一,不仅可以实现CO_(2)的资源化利用,同时也缓解了国家能源安全问题。本文以燃煤电厂烟气CO_(2)捕集和CO_(2)合成甲醇为研究对象,分析了基于四种不同CO_(2)捕集技术的CO_(2)耦合绿氢制甲醇工艺。对四种不同CO_(2)捕集技术的CO_(2)制甲醇工艺进行了严格的稳态建模和模拟,分析和比较了不同CO_(2)捕集技术情景下的CO_(2)制甲醇工艺的技术和经济性能。结果表明,MEA、PCS、DMC和GMS情景的单位甲醇能耗分别是7.81、5.48、5.91和4.66 GJ/t CH_(3)OH,GMS情景的单位能耗最低,其次是PCS情景,但随着更高效相变吸收剂的开发,PCS情景的单位甲醇产品的能耗将降低至2.29~2.58 GJ/tCH_(3)OH。四种情景的总生产成本分别是4314、4204、4279和4367 CNY/t CH_(3)OH,PCS情景的成本最低,更具有经济优势。综合分析表明PCS情景的性能表现最好,为可用于燃煤电厂最佳的碳捕集技术,为CO_(2)高效合成燃料化学品提供方向,缓解化石燃料短缺和环境污染问题。

耦合固体氧化物电解槽的CO_(2)制甲醇过程设计与评价研究

利用CO_(2)耦合可再生能源电解水制氢合成高能量密度甲醇产品,不仅可以降低CO_(2)的排放,而且可以提高间歇性和波动性的可再生能源的就地消纳能力。提出了一种耦合固体氧化物电解槽(SOEC)的CO_(2)制甲醇新工艺(SOEC-CO_(2)tM),该工艺包括SOEC制氢、烟气CO_(2)捕集和甲醇合成及精制单元。基于工艺全流程模拟数据,进行热集成设计与优化,采用能效、投资、生产成本等对新工艺进行技术经济评价,并与传统煤制甲醇工艺和绿氢耦合煤制甲醇工艺对比分析。结果表明:能量集成前,工艺能耗为420.05 MW,能量集成后,工艺能耗为254.88 MW,能耗降低了39.32%。SOEC-CO_(2)tM新工艺的能量利用效率为62.94%,与绿氢耦合煤制甲醇工艺能效相当,是传统煤制甲醇工艺的1.46倍。新工艺的单位甲醇总资本投资为2964.68 CNY/t,生产成本为3742 CNY/t,电价占生产成本的64.7%。未来随着可再生能源的大力发展,新工艺的经济性能将凸显优势。每年可以消纳200万吨CO_(2),可再生电力1245 MW。传统煤制甲醇工艺单位产品二氧化碳排放量为2.66 t/t。相比传统煤制甲醇工艺,新工艺在碳减排和可再生能源就地消纳方面具有明显的优势。

铜盐种类及含量对Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂结构及性能的影响

采用共沉淀法制备Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂,固定Zn^(2+)含量为0.0062 mol和Zn/Al摩尔比为1.5,以碳酸氢钠为沉淀剂,控制Na^(+)与金属离子总量比为2.5(Na/M=2.5),通过条件试验研究了铜盐种类(硝酸铜、乙酸铜)和含量(Cu/Zn分别为2.50、2.00、1.67、1.33和1.00)对催化剂的影响。利用X射线衍射仪及固定床催化剂评价装置对催化剂结构及性能进行表征及评价。数据表明,CuO晶粒随着铜量的增加而变大,催化剂结晶度变佳,铜盐种类对催化剂活性没有产生明显的影响。

碱种类及含量对Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂结构及性能的影响

采用共沉淀法制备Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂,考察以Na_(2)CO_(3)、NaHCO_(3)、NaOH和KOH为沉淀剂对催化剂结构及性能的影响,并采用XRD和固定床反应器对催化剂结构及性能进行表征。结果发现,催化剂前驱体受沉淀剂种类、反应液pH值、碱量的影响较大,产物的产量、失重率及结构具有明显的变化。随着一元碱强度的增加,反应产物低温发生分解生成CuO,催化剂产量及焙烧失重率受低温分解的影响较大,但催化剂结晶度提高,性能没有明显的变化,CO_(2)转化率在17%~18%之间,甲醇选择性为35%;而采用二元碱Na_(2)CO_(3),随着碱量的增加,焙烧失重率先减小后增大,催化剂性能明显低于一元碱制备的催化剂,CO_(2)转化率和甲醇选择性分别降至7.5%和13%。提高一元碱的含量,催化剂前驱体中的两性化合物将部分溶解,虽然催化剂活性变化不大,但甲醇选择性从35%降至31%。