《二氧化碳合成重要化学品:开辟CCUS高效利用新途径》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-06-18
  • CO2捕集、利用与封存(CCUS)技术,是煤炭实现低碳排放的主要途径之一,是我国践行低碳发展战略的重要技术选择。CO2的高值化利用,不仅可减少碳排量、缓解温室效应,还能产生显著的社会经济价值。由于CO2分子存在不易活化、反应路径复杂、产品选择性低等问题,其活化转化已成为国际公认的科学难题。  

    在国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”重点专项支持下,由中国科学院过程工程研究所牵头的“CO2高效合成重要化学品新技术”项目通过催化剂开发、反应器设计及系统集成创新,开发了以CO2与高能物质环氧乙烷为原料合成碳酸乙烯酯,再分别经醇解生产碳酸二甲酯联产乙二醇、加氢生产乙二醇联产甲醇的高值化利用技术路线,形成了CO2温和转化的全原子利用新技术。  

    项目自2018年5月起执行,在CO2羰基化反应中,设计合成了具有多活性位点的功能离子液体催化剂,实现了常温常压下CO2的高效转化;同时,制备了满足工业需求的羰基化催化剂,并建设了连续反应装置。在醇解反应中,开发了高活性、低成本的负载碱金属催化剂,已建成10吨/年的醇解连续装置和万吨级工业试验装置。在加氢反应中,解决了高铜含量催化剂铜物种易团聚的难题,实现了加氢催化剂的规模化制备,设计开发了等温固定床反应器,并将开展千吨级中试验证。  

    该项目的实施,将形成两项国内外首创的CO2利用成套技术,与传统CO2与甲醇直接合成碳酸二甲酯、CO2直接加氢合成甲醇工艺相比,具有反应条件温和、原子经济性好、产业化前景广阔等显著优势,为CCUS技术中CO2的高值化利用开辟了新途径。

相关报告
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    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2019-06-03
    • U of T Engineering的一个研究小组开发了一种新的电化学途径,将二氧化碳转化为有价值的产品,如喷气燃料或塑料。该技术可以显着提高直接从空气中捕获和回收碳的经济性。 “今天,技术上可以从空气中捕获二氧化碳,并通过一系列步骤将其转化为商业产品,”负责研究团队的Ted Sargent教授说。 “挑战在于需要投入大量精力,这会增加成本并降低激励。我们的战略是通过避免一些能源密集型损失来提高整体能源效率。” 直接空气碳捕获是一种新兴技术,公司的目标是用已经存在于大气中的碳而不是化石燃料来生产燃料或塑料。加拿大公司Carbon Engineering在宾夕法尼亚州斯阔米什建立了一个试验工厂,通过强制空气通过碱性液体溶液捕获二氧化碳。二氧化碳溶解在液体中,形成一种叫做碳酸盐的物质。 为了完全再循环,溶解的碳酸盐通常转变为CO2气体,然后转化为化学结构单元,形成燃料和塑料的基础。一种方法是添加将碳酸盐转化为固体盐的化学品。然后将该盐粉在高于900℃的温度下加热以产生可以进一步转化的CO 2气体。这种加热所需的能量增加了所得产品的成本。 U工程团队的另一种方法是使用电解槽,这是一种利用电力驱动化学反应的装置。以前使用电解槽从水中生产氢气,他们意识到它们也可以用来将溶解的碳酸盐直接转化为CO2,完全省略中间加热步骤。 “我们使用双极膜,一种新的电解槽设计,非常适合产生质子,”Geonhui Lee说,他和博士后Y. Chris Li是ACS Energy Letters新论文的主要作者之一,该论文描述了这种技术。 “这些质子正是我们将碳酸盐转化为二氧化碳气体所需要的。” 他们的电解槽还含有一种银基催化剂,可立即将生成的二氧化碳转化为称为合成气的气体混合物。合成气是成熟的Fischer-Tropsch工艺的常用化学原料,可以很容易地变成各种各样的产品,包括喷气燃料和塑料前体。 “这是第一个可以一步完成从碳酸盐到合成气的已知过程,”萨金特说。 虽然已经使用许多类型的电解槽将二氧化碳转化为化学结构单元,但它们都不能有效地处理碳酸盐。此外,溶解在液体中的CO 2如此容易变成碳酸盐的事实是现有技术的主要问题。 “一旦二氧化碳变成碳酸盐,传统电解槽就无法进入,”李说。 “这就是为什么它们产量低,效率低的部分原因。我们的系统独特之处在于它实现了100%的碳利用率:不会浪费碳。它还可以在出口处生成合成气作为单一产品,从而最大限度地降低产品成本纯化。” 在实验室中,该团队展示了将碳酸盐转化为合成气的能力,总能效为35%,电解槽在运行6天以上时保持稳定。 萨金特说,需要做更多工作才能将工艺扩大到工业应用所需的水平,但概念验证研究证明了直接空气碳捕获和利用的可行替代途径。 “这对于回答是否有可能以商业上引人注目的方式使用空气捕获的二氧化碳的问题还有很长的路要走,”他说。 “这是关闭碳循环的关键一步。” ——文章发布于2019年5月29日
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    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2018-09-27
    • 特拉华大学催化科学与技术中心(CCST)的一组研究人员发现了一种新型的两步法来提高二氧化碳(CO2)电解效率,这是一种由电流驱动的化学反应,可以帮助生产有价值的化学品和燃料。 研究小组的研究结果于8月20日星期一发表在《自然催化》杂志上。 研究小组由化学和生物分子工程副教授冯姣和研究生马修·朱尼和卫斯理·吕克组成,他们通过建造一种特殊的三室装置获得了研究结果,这种装置被称为电解槽,利用电力将二氧化碳转化为更小的分子。 与化石燃料相比,电力是一种更经济、更环保的方法,可以驱动化学过程生产商业化学品和燃料。其中包括乙烯(用于生产塑料)和乙醇(一种有价值的燃料添加剂)。 “这种新型电解技术提供了一种新的途径,以令人难以置信的反应速率获得更高的选择性,这是迈向商业应用的重要一步,”焦说,他同时也是CCST的副总监。 而直接的CO2电解是降低二氧化碳的标准方法,焦的团队将电解过程分为两个步骤,将CO2还原为一氧化碳(CO),然后将CO进一步还原为多碳(C2+)产品。焦健说,这种分两部分的方法比标准方法有很多优点。 焦博士说:“通过将这一过程分为两个步骤,我们获得了比直接电解过程更高的多碳产品选择性。”“序贯反应策略可以为设计更高效的二氧化碳利用过程开辟新途径。” 焦健和他的同事、化学和生物分子工程助理教授徐秉俊也在推动焦健的研究。在天津大学的研究人员的合作下,焦和徐正在设计一个系统,通过使用碳中性的太阳能发电来减少温室气体的排放。 焦说:“我们希望这项工作能让人们更多地关注这项有前途的技术,以便进一步研发。”“仍有许多技术挑战有待解决,但我们正在努力解决它们!” ——文章发布于2018年9月25日