CO2制甲醇破解碳排放困局

随着《巴黎协定》的生效，中国煤化工行业将面临碳减排压力，CO2加氢制甲醇是值得探索的解决方案。高转化率和高选择性的合成催化剂，以及低成本的可再生能源制氢工艺是关键。中国煤化工要实现可持续发展，需要对前沿技术保持足够的关注与研发投入。   　　中美两国已于2016年9月上旬批准气候变化《巴黎协定》，公开信息显示，《巴黎协定》有望在2016年内生效。2015年12月，超过190多个缔约方通过了《巴黎协定》。协定提出要在本世纪内实现将全球平均气温比工业革命前的水平升高控制在2摄氏度以内，并努力实现控制在1.5摄氏度以内的目标。   　　根据9月3日中美发表的《中美气候变化合作成果》，“十三五”期间（2016-2020年），中国单位国内生产总值二氧化碳排放和单位国内生产总值能耗将分别下降18%和15%。亚化咨询认为，中国征收碳税虽然尚未有明确的时间表，但煤化工行业未来仍将面临碳减排义务。开展前沿技术研发与应用，探索符合中国煤化工行业特点的碳减排策略已是当务之急。       　　甲醇是煤化工的重要产品，既可作为燃料（甲醇掺混汽油，MTG），也是化工原料（MTO，MTA等）。以二氧化碳为原料生产甲醇是一个具有吸引力的选择，国内外研究机构已经开展了一系列技术研发与工业化示范。   　　——中科院山西煤化所   　　2016年6月消息，中科院山西煤化所赵宁副研究员带领的研究团队与所内课题组密切配合，完成了二氧化碳加氢制甲醇工业单管实验，并实现了稳定运行，标志着该技术向工业化迈出了坚实一步。   　　由于二氧化碳难以活化，因此高效催化剂的研发是实现二氧化碳加氢制甲醇过程的研究重点。课题组通过多年的系统研究，对铜基催化剂的设计与制备、催化剂的构效关系、反应工艺、二氧化碳活化和加氢反应机理等方面均有了深入的认识。研究结果表明，CO2转化率与Cu的表面积相关，目的产物甲醇的选择性与催化剂表面的强碱位以及特殊价态铜物种（Cuα+）相关。研究结果发表在高水平学术期刊上。   　　在此基础上，山西煤化所课题组开发出了具有自主知识产权的铜基催化剂，授权国家发明专利2项（201310175806.X,201410001618.X），并实现了催化剂的制备放大。工业单管实验结果表明，催化剂的性能达到了国内先进水平。   　　——中科院上海高等研究院/上海华谊集团   　　近两年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6月消息，研发团队与设计部门完成了10-30万吨/年二氧化碳甲醇技术工艺包的编制，并通过了专家组鉴定，具备了实施规模商业示范应用的条件。   　　上海高研院团队在深入研究CO2活化机理的基础上，解决了催化剂放大生产过程中的关键问题，并通过与上海华谊集团的合作，实现了中试工艺全流程贯通和平稳运行。目前围绕该技术已经申请国家发明专利10项，催化剂性能及单管试验结果超过目前公开报道的水平。   　　——CarbonRecyclingInternational（CRI）     　　乔治。奥拉可再生甲醇工厂（以下简称GO工厂）   　　CarbonRecyclingInternational（CRI）成立于2007年，总部坐落于冰岛首都雷克雅未克，是一家提供工业化捕集工业排放二氧化碳并再利用的ETL技术业内领先者。致力于提供二氧化碳捕集和再利用的工程服务，包括可行性研究，建设交钥匙工厂及运营。   　　CRI建造并运营世界上第一座利用废气中的二氧化碳和氢气合成来生产可再生运输燃料和化学原材料（甲醇），并注册为Vulcanol?商标。GO工厂年产能力为4000吨Vulcanol?。GO工厂每年回收6000吨工业排放二氧化碳。Vulcanol?的主要应用为可再生运输燃料。目前在冰岛，瑞典，英国和荷兰主要应用于汽油混合和生产更环保的生物柴油   　　亚化咨询认为，要使二氧化碳加氢制甲醇工艺真正实现碳减排功能，以可再生能源规模化制取氢气是必需的配套工艺。2016年9月8日消息，位于河北沽源县的全球最大的风电制氢综合利用示范项目进入加速建设阶段，目前已完成90台风机的吊装工作，其中36台风机已并网发电，制氢系统将于近日开工建设。   　　沽源风电制氢综合利用示范项目是河北省重点项目，由河北建投新能源有限公司投资，与德国McPhy、Encon等公司进行技术合作，引进德国风电制氢先进技术及设备，在沽源县新建200兆瓦容量风电场、10兆瓦电解水制氢系统以及氢气综合利用系统。项目建成后，可形成年制氢1752万标准立方米的生产能力。