膜分离耦合CO2电催化加氢制甲酸工艺的设计及模拟

• 作者: 方远鑫 肖武 姜晓滨 李祥村 贺高红 吴雪梅
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 反应器 CO2电催化 数学模型 过程模拟 优化设计
• 年，卷（期）: 2021,（9）
• 所属期刊栏目: 分离工程
• 页码范围: 4740-4749
• 页数: 9页
• 分类号: TQ021.6
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20210453

摘要

CO2对气候影响越来越严重，将其转化为甲酸能够同步实现资源化和碳减排。当前CO2加氢制甲酸的研究主要在于寻找高性能催化剂，而过程设计对甲酸实现工业化也不可或缺，但是CO2电催化加氢制甲酸的过程设计尚未见报道。利用主要成分为H2和CO2的天然气制氢变压吸附解吸气为原料，设计了气体膜分离耦合CO2电催化加氢年产3万吨甲酸的工艺，并在UnisimDesign流程模拟软件中进行了模拟。随后利用灵敏度分析法对反应器中膜电极面积、阴极电势、H2膜面积、CO2膜面积、精馏塔压力和回流比等参数进行优化，在最优方案下甲酸的单位质量成本为6.37CNY/kg，比传统的Kemiral-Leonard(KL)工艺高31.88%，但是所提出的工艺可以实现减排3.33万吨/年的CO2，具有重要的环境保护意义。最后通过成本分析，从反应器的寿命、成本和电价三个方面提出三种有效的解决方案，可以将甲酸生产成本降低到传统KL工艺的生产成本。