电化学气-液技术生产甲醇



电化学气-液技术生产甲醇

据美国《今日下游》2015年10月19日报道，甲醇是用于生产液体燃料、溶剂、树脂和聚合物的基础化合物，一种常见的制备方法为蒸汽甲烷重整（SMR）法。FuelCell能源公司（FCE）副总裁Kurt Goddard指出，SMR法有其缺点，蒸汽重整生产甲醇是高度能源密集型并具有大量的碳足迹，生产过程中产生污染物（如氮氧化物和颗粒物）可能引起公众健康问题。 北达科他能源大学与环境研究中心（EERC）首席化学家Ted Aulich认为，SMR的复杂性源于其需要高温和通过多个步骤，限制了其实际应用，只有大规模装置才可以实现商业可行的经济性。最近，他和他在EERC的团队由FuelCell能源公司牵头开始了一个为期三年的项目，开发一种更简单、成本不高并替代两步法SMR的工艺，目标是开发一种燃料电池能将天然气和其他富含甲烷的气体转化为甲醇。

Kurt Goddard表示，使用燃料电池生产甲醇解决了甲醇生产过程中的环境问题，燃料电池具有高效的能量转换率，几乎不存在污染物并具有较低的碳足迹。据Ted Aulich介绍，电池状的电化学气-液（EC-GTL）技术有可能产生一种模块化、有效并具有成本效益的甲醇生产装置。目前FCE正在开发的燃料电池，从生产甲醇的大型工业装置到在一口油井上安装一个单独的单元，其规模可扩展。一步法EC-GTL工艺大约在400～600℃和常压下将甲烷部分氧化为甲醇。这个350万美元的项目得到了来自美国能源部能源高级研究计划局（ARPA-E）和北达科他州商务部的资助，EERC将努力改善阳极催化剂的性能和经济性，这是EC-GTL技术的关键部分。目前阳极催化剂技术的主要缺点是天然气转化率低和甲醇生产选择性低，这是由于很难提供精确适量的催化活性以实现甲烷部分氧化成甲醇。活性太低则氧化力不足，甲烷氧化成甲醇不足；活性过多则氧化过度，导致生产出价值较低的产物如二氧化碳。在这次合作中，EERC和FCE各自的作用是：EERC初步评估候选催化剂配方，FCE则结合EERC的发现连同其他合作伙伴的发现，设计出完整的以电化学电池为基础的反应器系统，包括阳极、阴极、电解质和气体进料、产品回收和未反应的甲烷再循环。该研究与其他许多公司正在开发由甲醇生产燃料和化工基础原料装置的主要区别在于：使用电化学方法，实现了更简单的技术，使在较小规模达到SMR方法一样的商业可行性。FCE的一个主要目标是技术简单和小型化，可以部署在各个气井和井组。最小规模应该是适合从单个油井产生的气体，流量低至每天30万立方英尺。

EC-GTL技术采用模块化，像单个燃料电池一样可以“堆叠”，装置的规模可根据需要决定。使用模块化的EC-GTL单元的主要好处在于，由于它由氧化的化学能驱动，只需最少的能量输入，还可以产生增值的电和热。每个EC-GTL模块单元自成体系，可以转移，以适应处理气体不断变化的需求。这种可转移性将有利于EC-GTL技术应用在北达科他州和其他地区的油井上，因为生产的伴生气产量通常从初始的最大量在约18个月后渐渐下降至最大量的约30%。

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