二氧化碳催化加氢制甲醇装置

制甲醇，世纪森朗智能设备有釜式加氢装置与固定床反应装置，甲醇作为生产高附加值化学品且便于运输的重要中间体，是现代经济发展中重要的化工原料。CO2加氢制甲醇技术是碳资源高效循环利用的有效途径，CO2稳定的化学结构需要在较高温度下获得足够的活化能量，催化剂在该过程中扮演着十分重要的角色。探究催化剂表面结构与性能间的构效关系，在理解反应机理的基础上优化催化剂的结构性能是推进催化科学发展和工业化应用的重要过程。

关于提升In2O3催化CO2加氢制甲醇性能的主要手段归纳为五个方面：1，增加活性位点数量，即通过引入载体提高In2O3的分散度、加快H2活化促进氧空位形成等方式增加活性位点数目；2，促进H2的活化，即通过负载零价过渡金属的方式促进H2的解离活化（如Pd, Pt），在加快活性位点形成的同时促进CO2和反应中间体的后续加氢过程；3，促进CO2的吸附活化，即通过引入ZrO2助剂、调节In2O3晶体结构等方式增强CO2的吸附活化；4，稳定关键反应中间体，即通过构建In2O3-ZrO2等界面对甲酸盐路径中的反应中间体进行稳定；5，引入新的活性位点，即通过形成In-M（M=Pd, Ni等）合金相，提升其固有催化性能并与In2O3之间产生协同作用提升其催化性能。反应产物（CO和H2O）对催化进程的影响，并对In2O3双功能催化体系进行讨论.

绿色甲醇工艺装置主要由四部分组成:光伏或核能发电装置、电解水制氢气装置、二氧化碳捕集装置和二氧化碳催化加氢制甲醇装置。发电装置技术较为成熟，主要研究电解水制氢气装置、二氧化碳捕集装置和二氧化碳催化加氢制甲醇装置。

1. 电解水制氢气装置：电解水制氢气主要有两条路线:碱性水电解法和质子交换膜(PEM)水电解法。

电解水制氢气装置，电解槽是制氢设备成本中的主要部分，据国际能源署(IEA)数据，碱性水电解槽和质子交换膜水电解槽在制氢系统设备成本中的占比分别为50%、60%，目前碱性电解槽基本实现国产化，价格为2000~3000 元W，质子交换膜电解槽关键技术与材料需依赖进口，价格为7000~12000元/KW。假设年均全负荷运行7200 h，电价为0.2元KWh，则碱性水电解与质子交换膜水电解的制氢成本分别为11.93元kg、11.67元Kkg(其中电费成本是制氢成本构成的主要部分，占比分别为82%和45%)，已无限接近于煤化工制氢成本(12元kg)。未来可通过降低PEM 水电解槽的材料成本、提高电解槽的效率和寿命等途径进一步降低制氢成本。

2.二氧化碳捕集装置

二氧化碳捕集装置，根据二氧化碳分离过程在系统中的位置和不同的循环方式，二氧化碳捕集技术可以分为燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧技术。燃烧后捕集又分为吸附法、吸收法、膜分离法。其中吸附法分为变温吸附法(TSA)、变压吸附法(PSA)、变电吸附法(ESA);吸收法又有物理吸收法和化学吸收法。燃烧前捕集和富氧燃烧的适用范围有限

化学吸收法CO,捕集技术常选用复合胺作吸收剂，其水溶液呈碱性，15%~20%复合胺溶液的pH约为12。CO,为弱酸性气体，当CO,溶解于复合胺水溶液中时，发生放热反应。40 ℃左右，CO,被复合胺溶液吸收成为富液，达到平衡后，将富液加热至100 ℃左右使之分解，释放出CO2，同时溶液成为贫液，降温后可循环使用。

二氧化碳捕集装置，吸附法可通过沸石和活性炭小球作为吸附剂，采用两级加压吸附真空解吸(VPSA)过程处理电厂烟道气中CO,的吸附捕集技术，以得到满足要求的CO,纯度。常压二氧化碳吸附捕集技术分为鼓风机升压单元、干燥单元和CO,回收单元三部分，如图2所示。原料气经鼓风机压，除去原料气中50%水分，经冷却分液后输送至干燥单元，经变温吸附(TSA)干燥后，进入CO,回收单元。加热干燥后，采用真空泵抽真空得到二氧化碳产品。

膜分离法是利用不同气体分子的不同渗透率进行气体分离，分离的动力是膜两侧的压强差。目前使用的大部分是有机膜，有机膜的分离系数高，但使用温度低且不耐腐蚀，因此有机膜材料的选择开始得到关注。在一些高温和高腐蚀的使用环境，无机膜具有良好的应用前景。无机膜主要有以陶瓷为支撑膜复合一层多孔性金属分离层的复合膜、分子筛膜、碳膜等。

3. 二氧化碳加氢制甲醇

二氧化碳加氢制甲醇装置，绿色甲醇装置的核心技术是催化剂。由中科院大连化物所李灿院士团队开发应用于甲醇合成的氧化锌-二氧化锆(Zn0-ZrOz)双金属固溶体氧化物催化剂，反应压力为7 MPa左右，温度为300 ℃左右，氢气与二氧化碳的摩尔比为3:1，甲醇总选择性达98.5%，在有机相中的含量达99.7%。该催化剂克服了传统铜基催化剂的选择性低、对硫敏感、易中毒失活等问题，并具有廉价、高选择性、抗硫中毒、稳定性高等特性。

二氧化碳加氢制甲醇，甲醇是化学工业中最重要的基础原料之一，主要用于生产甲醛、二甲醚、醋酸等有机化工产品，也可用作生产烯烃（乙烯、丙烯），芳烃（苯、甲苯、二甲苯），汽油等化学品或燃料，从而部分缓解对于石油资源的依赖。此外，甲醇还是一种清洁能源，可以作为内燃机或燃料电池的燃料进行使用。将二氧化碳中的碳、氧资源进行利用，通过加氢合成甲醇可以实现碳资源的循环利用，使人类逐步摆脱对日益减少的化石能源的依赖，减轻环境负担，促进人类社会的可持续发展。另一方面，该技术可以与可再生能源电解水制氢、焦化工业或氯碱工业衔接，实现氢资源的储存。