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      二氧化碳制甲醇--碳減排的新方向

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      摘要:二氧化碳制甲醇--碳減排的新方向
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      ??????? ?應對不斷增長的碳排放量成為全球經濟發展的重大課題。

      ??????? 二氧化碳是造成全球變暖的禍首,但它作為工業原料的用途卻十分廣泛。在低碳、減排成為世界經濟發展主題詞的今天,國內外已經開發出多項二氧化碳的新用途——發電、洗滌、殺蟲……在這些五花八門的新技術中,有一項技術因有望對石化產業乃至整個工業發展產生顛覆性影響尤其值得關注,這便是二氧化碳加氫制甲醇。

      國外攻關日漸升溫

      二氧化碳制甲醇對石化行業乃至世界工業的可持續發展究竟意味著什么?

      “二氧化碳制甲醇如果實現產業化將引發石化行業原料來源的變革。因為一方面甲醇是用途最廣的基礎石油化工原料之一,它不僅本身可以直接用作燃料或者制汽油,同時甲醇也可以制芳烴、烯烴等化學品;另一方面,這一技術一旦獲得突破和推廣,意味著經濟發展中面臨的碳減排壓力將得到有效緩解,之前人類發展中的減排負擔將化身成為一項綠色產業的增長點?!北本┗ご髮W一位副教授告訴CCIN記者。

      據了解,二氧化碳制甲醇曾經一度在全球引發一場關于“甲醇經濟”的廣泛探討。諾貝爾化學獎得主、著名有機化學家喬治A·奧拉曾提出,以可再生能源制氫,再利用二氧化碳加氫合成甲醇的循環模式可作為應對油氣時代過后能源緊缺問題的一條解決途徑。諾貝爾物理學獎獲得者卡羅·盧比亞也多次公開建議采用二氧化碳制甲醇的方式取代現在風行的碳捕捉和封存,實現減排的同時為工業提供原料。

      “正是基于以上原因,該技術成為目前全球最受關注的二氧化碳應用技術之一?!北本┗ご髮W這位副教授說,近幾年來發達國家對二氧化碳制甲醇技術的探索研究步步升溫,其探索步伐也一波三折。

      早在2002年,韓國科學技術研究院納米技術研究中心就已經開發出利用過渡金屬催化劑在加溫加壓條件下日產100千克的二氧化碳加氫制甲醇中型試驗裝置,但由于種種原因,該裝置后續的試驗一度擱淺。

      2009年,新加坡生物工程和納米技術研究院的研究人員通過著名的專業雜志《應用化學》宣布,他們用N-雜環碳烯有機催化劑成功開發出了在室溫下將二氧化碳轉化為甲醇的催化工藝。就在業界充滿期待時,該工藝的可行性卻很快遭到德國海德堡大學有機化學研究所的專家多麗斯·昆茨對催化劑本身能耗水平的質疑,因為制取該有機催化劑所消耗的能源比該工藝吸收并減少的二氧化碳還多。

      不久前日本三井化學株式會社在該領域取得的成果再次讓業界眼前一亮。今年5月,三井化學株式會社對外宣布,在二氧化碳分離、催化劑改良以及甲醇和水的分離等工序上獲得很大突破后,他們2009年斥資1600萬美元建成全球首套100噸/年二氧化碳制甲醇中試裝置并獲得成功。這是已有公布的消息中二氧化碳制甲醇最為領先的成果。

      國內已達中試水平

      CCIN記者在采訪中了解到,國內科研機構和企業對該技術開發的關注熱度絲毫不亞于國外。

      “國內高能耗企業尤其是煤化工企業對二氧化碳加氫制甲醇技術的關注度非常高,初步估計就有三四十家企業在緊密跟蹤關注這一技術的進展,同時也有不少企業如大唐、神華等公司在做相關研究?!鄙虾HA誼集團技術研究院常務副院長張春雷接受CCIN記者采訪時表示。

      據了解,“十一五”期間隨著國民經濟的高速增長,我國每年的二氧化碳排放量有增無減,但其回收再利用的量卻少得可憐。據中國工業氣體協會提供的數據,到“十一五”末期時我國每年回收的二氧化碳量約為750萬噸,其中利用起來的占收集量的70%,約為500萬噸。按照德國可再生能源機構IWR公布2009年中國74.3億噸的碳排放量計算,我國二氧化碳的利用量不足排放量的千分之一。

      中國工業氣體協會二氧化碳專委會秘書長趙敏告訴CCIN記者,目前國內企業主要涉足的業務是二氧化碳產品的回收以及直接應用,這些直接應用包括碳酸飲料、注井驅油、煙絲膨化、食品保鮮等較成熟的領域。

      “按照《京都議定書》的要求,2012年后我國碳減排壓力可能會加大,而國家對碳排放的限制正日漸收緊。今年4月份財政部相關負責人已經表示,‘十二五’后期我國有望開征碳稅,這給我國的碳排放大戶帶來了不小的壓力,但是目前國內二氧化碳大規模利用水平顯然還不夠理想?!睆埓豪追治稣J為,從用量上來講,二氧化碳雖然也可用于制其他化工產品,但相比而言用量都比較少。二氧化碳大規模地用于工業,主要還是走制甲醇這條路線。從產業發展角度來講,二氧化碳制甲醇也是已知幾種化工路線中最優的。

      我國二氧化碳制甲醇技術與發達國家相比究竟有多大差距呢?據介紹,國內相關機構從事二氧化碳加氫制甲醇基礎技術研究已經有了數十年的歷史,雖然應用技術研究在近幾年才熱起來,但與國際先進水平相比已不相上下。

      “目前發達國家的二氧化碳加氫制甲醇技術處于中試水平。日本三井化學完成100噸的中試裝置后號稱該技術可以順利擴充至萬噸級,但是目前萬噸級裝置還沒做出來。目前國內的相關技術也接近中試水平,與國際先進水平相比只是在個別應用細節上略有欠缺,依靠現有技術建成一套千噸級中試裝置是沒問題的?!睆埓豪渍f。

      據了解,上海華誼集團技術研究院已經和山西煤化所聯合申報了一項“十二五”期間的“863”項目,初步計劃在3年時間內建成一套千噸級二氧化碳加氫氣制甲醇的示范裝置,該項目有望明年正式啟動。

      示范裝置很有必要

      雖然國內對二氧化碳制甲醇技術的關注和攻關已是風生水起,但接受采訪的專家均表示,該技術想要實現產業化仍面臨著一些瓶頸。

      首先是反應催化劑仍需改進?!皬幕瘜W反應過程上來看,國內的二氧化碳制甲醇的催化劑還存在轉化率和選擇性較差的問題。目前轉化率一般維持在15%~20%,這相當于1000升二氧化碳在現有催化劑的作用下只有150~200升能完成反應;目標選擇性在70%左右。因此如果催化劑的性能得到進一步提升,將有效降低生產成本,助力該技術的產業化?!睆埓豪渍f。

      石油和化學工業規劃院副院長史獻平也指出,二氧化碳加氫合成甲醇反應的關鍵之一是催化劑,為此國外一些技術領先的企業也在重點攻關改進二氧化碳加氫制甲醇的催化劑。據了解,目前丹麥托普索、日本關西電力公司和三菱重工、德國魯奇公司、韓國科學技術研究院等也都在攻關二氧化碳加氫制甲醇的催化劑研究。

      催化劑之外,氫氣的來源則是制約該技術實現產業化的最重要原因。

      “目前氫氣制備過程和成本控制是二氧化碳制甲醇技術實現商業化應用的關鍵。能否獲得來自非化石能源的廉價氫源直接決定了該工藝的經濟性?!睋w敏介紹,目前我國氫氣的制取方式還都是通過化學原料或者水電解。前者要消耗現有化石資源,后者要耗費大量的電能。就目前的制氫技術而言,制氫過程中消耗能量所排放的二氧化碳并不亞于制甲醇時所還原的二氧化碳量,在經濟上得不償失的同時實際上并未實現減排。

      天津大學化工學院劉昌俊教授認為,二氧化碳加氫制甲醇,一定程度上也依賴新能源的發展,可以在風能、核能、太陽能等能源技術大規模發展后,解決氫的來源問題。他同時表示,二氧化碳制甲醇的研究對人類社會的可持續發展有重要的積極意義,國內應加以重視,不能以一時的經濟利益來作取舍。

      張春雷表示,目前國家支持建設示范性裝置是很有必要的?!翱梢韵衩褐朴鸵粯?,把該技術作為國家的戰略技術儲備,一旦將來的化石資源無法再滿足生產生活需要,二氧化碳制甲醇將發揮非常積極的作用?!?
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