電化學氣-液技術生產甲醇

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電化學氣-液技術生產甲醇

據美國《今日下游》2015年10月19日報道，甲醇是用于生產液體燃料、溶劑、樹脂和聚合物的基礎化合物，一種常見的制備方法為蒸汽甲烷重整（SMR）法。FuelCell能源公司（FCE）副總裁Kurt Goddard指出，SMR法有其缺點，蒸汽重整生產甲醇是高度能源密集型并具有大量的碳足跡，生產過程中產生污染物（如氮氧化物和顆粒物）可能引起公眾健康問題。 北達科他能源大學與環境研究中心（EERC）首席化學家Ted Aulich認為，SMR的復雜性源于其需要高溫和通過多個步驟，限制了其實際應用，只有大規模裝置才可以實現商業可行的經濟性。最近，他和他在EERC的團隊由FuelCell能源公司牽頭開始了一個為期三年的項目，開發一種更簡單、成本不高并替代兩步法SMR的工藝，目標是開發一種燃料電池能將天然氣和其他富含甲烷的氣體轉化為甲醇。

Kurt Goddard表示，使用燃料電池生產甲醇解決了甲醇生產過程中的環境問題，燃料電池具有高效的能量轉換率，幾乎不存在污染物并具有較低的碳足跡。據Ted Aulich介紹，電池狀的電化學氣-液（EC-GTL）技術有可能產生一種模塊化、有效并具有成本效益的甲醇生產裝置。目前FCE正在開發的燃料電池，從生產甲醇的大型工業裝置到在一口油井上安裝一個單獨的單元，其規模可擴展。一步法EC-GTL工藝大約在400～600℃和常壓下將甲烷部分氧化為甲醇。這個350萬美元的項目得到了來自美國能源部能源高級研究計劃局（ARPA-E）和北達科他州商務部的資助，EERC將努力改善陽極催化劑的性能和經濟性，這是EC-GTL技術的關鍵部分。目前陽極催化劑技術的主要缺點是天然氣轉化率低和甲醇生產選擇性低，這是由于很難提供精確適量的催化活性以實現甲烷部分氧化成甲醇。活性太低則氧化力不足，甲烷氧化成甲醇不足；活性過多則氧化過度，導致生產出價值較低的產物如二氧化碳。在這次合作中，EERC和FCE各自的作用是：EERC初步評估候選催化劑配方，FCE則結合EERC的發現連同其他合作伙伴的發現，設計出完整的以電化學電池為基礎的反應器系統，包括陽極、陰極、電解質和氣體進料、產品回收和未反應的甲烷再循環。該研究與其他許多公司正在開發由甲醇生產燃料和化工基礎原料裝置的主要區別在于：使用電化學方法，實現了更簡單的技術，使在較小規模達到SMR方法一樣的商業可行性。FCE的一個主要目標是技術簡單和小型化，可以部署在各個氣井和井組。最小規模應該是適合從單個油井產生的氣體，流量低至每天30萬立方英尺。

EC-GTL技術采用模塊化，像單個燃料電池一樣可以“堆疊”，裝置的規模可根據需要決定。使用模塊化的EC-GTL單元的主要好處在于，由于它由氧化的化學能驅動，只需最少的能量輸入，還可以產生增值的電和熱。每個EC-GTL模塊單元自成體系，可以轉移，以適應處理氣體不斷變化的需求。這種可轉移性將有利于EC-GTL技術應用在北達科他州和其他地區的油井上，因為生產的伴生氣產量通常從初始的最大量在約18個月后漸漸下降至最大量的約30%。

研究開發