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反應(yīng)器設(shè)計(jì)及最優(yōu)化

     傳統(tǒng)制備甲醇多采用固定床管式反應(yīng)器，該反應(yīng)器制備甲醇通常產(chǎn)率及選擇性都較低。因此 Rahimpour提出了一個(gè)兩段式催化劑床用于轉(zhuǎn)化 CO2生成甲醇，來提高催化劑活性及壽命。他們還研究了CO2在膜型反應(yīng)器中的加氫反應(yīng)，該反應(yīng)器能克服熱力學(xué)平衡的限制，提高動(dòng)力學(xué)限制的反應(yīng)速率，并可控制化學(xué)計(jì)量投料物。由于膜反應(yīng)器具有連續(xù)地從反應(yīng)平衡中移走產(chǎn)物的能力，因此相比于傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器，膜反應(yīng)器在相同條件下可顯示更高的轉(zhuǎn)化率。Chen 等模擬了CO2在硅橡膠陶瓷復(fù)合材料膜反應(yīng)器中合成甲醇的反應(yīng)，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在膜反應(yīng)器中主反應(yīng)的轉(zhuǎn)化相比于傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器提高了22%。此外，很多研究組發(fā)現(xiàn)在具有不同種類的膜(如陶瓷沸石)的膜反應(yīng)器中反應(yīng),甲醇的選擇性和產(chǎn)率都可得到提高不過膜反應(yīng)器的應(yīng)用受到其工作溫度通常低于 200℃的限制。

     為了克服熱力學(xué)限制，在液體介質(zhì)中低溫合成甲醇也受到重視，該過程具有高的熱轉(zhuǎn)移效率、高的單程轉(zhuǎn)化率、優(yōu)異的CO2適用性及低的操作成本等特點(diǎn)。 Liaw 等開發(fā)了超細(xì)的硼化銅催化劑[M-CuB (M:Cr，Zr，Th)]催化 CO2在液相中的加氫反應(yīng)。Cr、Zr和 Th的摻雜提高了 CuB 的分散及穩(wěn)定性，有利于甲醇的生成。Liu 等發(fā)展了一種低溫加氫反應(yīng)過程，采用淤漿相Cu催化劑合成甲醇，在低溫(170℃)及低壓(5MPa)下CO2轉(zhuǎn)化率達(dá)到25.9%，甲醇選擇性達(dá)到72.9%。

工業(yè)化實(shí)踐

     除了催化劑方面的工作，適合CO2加氫的大型反應(yīng)設(shè)備和工藝的研發(fā)工作備受重視。作為生產(chǎn)甲醇的專業(yè)公司，德國魯奇(Lurgi)公司一直致力于開發(fā)COz加制甲醇的新設(shè)備和新工藝,該公司與南方化學(xué)(Sud Chemie)公司聯(lián)合開發(fā)了 C795GL催化劑，并在現(xiàn)有甲醇裝置上進(jìn)行試驗(yàn)，證明催化劑使用壽命可達(dá)4年，且關(guān)鍵設(shè)備和操作條件與傳統(tǒng)的甲醇合成路線并沒有顯著差別。日本十分重視CO2O加合成甲醇的研究，日本關(guān)西電力公司和三菱重工開發(fā)了以CO2為原料合成甲醇的Cu0-ZnO-Al2O3系催化劑，CO2的轉(zhuǎn)化率可達(dá)90%，日本三并化學(xué)公司在大阪工廠內(nèi)運(yùn)營著一套以CO2為原料合成甲醇的100t示范裝置，并有計(jì)劃建設(shè)60萬噸/年的工業(yè)裝置。

     中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所魏偉等制備的CuZnMnZr基催化劑，在5.0MPa壓力下、反應(yīng)溫度 250℃、GHSV為4000h-1時(shí)，CO2轉(zhuǎn)化率達(dá)30%，甲醇的選擇性在98%以上，甲醇單程收率為 20%左右，催化劑的壽命已經(jīng)完成了上千小時(shí)的考察，目前初步實(shí)現(xiàn)了催化劑的制備放大，正在進(jìn)行工業(yè)單管試驗(yàn)，通過與鹽化工富產(chǎn)氫過程相結(jié)合，可解決廉價(jià)氫源問題，目前正在與上海華誼集團(tuán)合作進(jìn)行萬噸級(jí)工業(yè)示范裝置的設(shè)計(jì)。

     除了催化劑、設(shè)備和工藝的完善，H2源是影響二氧化碳合成甲醇工業(yè)化規(guī)模的最重要因素之一。CO2來源充分，比如各種燃燒化石燃料的工廠(燃煤發(fā)電廠、水泥廠、鋼廠等)、發(fā)酵工廠，或石油、天然氣和地?zé)岬陌樯鷼?。H2則通常從化石燃料獲得(主要是天然氣)，也可以通過分解水獲得，但均存在耗能過大的問題。分解水的方法主要有電解法、熱解法和光解法，其中電解法耗能最大，如生產(chǎn)能力為1000kg·天-1(以Hz計(jì))的電解水廠，僅電成本一項(xiàng)就占H2生產(chǎn)總成本的80%,當(dāng)然若能從可再生能源如太陽能、水能、地?zé)崮芎统毕艿?0獲取能源，則非常有可能解決氫源的問題。

產(chǎn)品展示

     SSC-MPCR-150多相光催化反應(yīng)器主要用于氣固、氣液、固液、氣固液多相光催化反應(yīng)，可以應(yīng)用到CO2還原、VOC降解、氣體污染物降解、光催化固氮等多相、均相體系，適用各種催化劑體系，催化劑可以是粉末、液體、膜材料、片狀或塊狀等形態(tài)。光催化反應(yīng)釜主要配合300W、500W光催化氙燈光源、300W大功率LED光源、磁力攪拌器、控溫循環(huán)水機(jī)等使用，可以配合配氣系統(tǒng)和氣相色譜搭建氣固、氣液、固液、氣固液多相光催化反應(yīng)測試分析系統(tǒng)?？勺鳛榉忾]間歇式反應(yīng)器，也可實(shí)現(xiàn)流動(dòng)相CO2反應(yīng)；可實(shí)現(xiàn)氣-固相光催化CO2反應(yīng)，也可實(shí)現(xiàn)氣-固相光熱CO2反應(yīng)。