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新型催化剂为捕集煤炭转化至液态燃料所产生的碳排放打开大门
  中国,荷兰

 20181012

根据世界能源消耗预测,在未来几十年里,煤炭仍将是世界主要能源之一,而且越来越多的煤炭将用于煤制液体燃料CTL。来自北京国家清洁低碳能源研究所和埃因霍芬理工大学的研究人员已经开发出了铁基催化剂,这种催化剂可以大幅降低运行成本,并为捕集CTL产生的大量二氧化碳打开大门。他们的研究结果发表在《科学进展》杂志上。

为了理解这一成就的意义,需要了解CTL工艺的一些知识。第一阶段是煤转化为合成气,一种一氧化碳(CO)和氢(H2)的混合物。利用所谓的费托合成工艺,这些成分被转化为液体燃料。但在此之前,必须改变合成气的组成物,以确保这一过程产生液态燃料。因此,在水煤气转换的过程中,一些CO被转化为二氧化碳,从而从合成气中去除。

研究人员解决了费托合成反应器的一个关键问题。在大多数化学处理中,为使反应发生,催化剂是必需的。CTL催化剂以铁基为主。遗憾的是,它们将大约30%CO转化为多余的二氧化碳,这是一个在这个阶段很难捕集的副产品,因此经常大量释放,消耗大量的能源而没有任何好处。

北京和埃因霍芬理工大学的研究人员发现,二氧化碳的释放是因为铁基催化剂不是纯的,而是由几种成分组成的。他们能够制造出一种纯净的特殊碳化铁,叫做Epsilon碳化铁,它的二氧化碳选择性非常低。换句话说,它几乎不产生二氧化碳。它的存在早已为人所知,但到目前为止,它还不够稳定,无法适应苛刻的费托合成工艺。中荷研究小组已经证明这种不稳定性是由催化剂中的杂质引起的。相比之下,他们开发的Epsilon碳化铁相对稳定,即使在23250摄氏度的典型工业加工条件下也能起作用。

新催化剂几乎消除了费托合成反应器中所有的二氧化碳生成。这可以为一个典型的CTL工厂每年减少大约2500万欧元的能源需求和运营成本。以前在这个阶段释放的二氧化碳现在可以在之前的水气转换阶段被清除。这是一个好消息,因为在这个阶段更容易捕集到。实现这一目标的技术被称为CCUS(碳捕集、利用与封存)。它已由其他各方开发,并已在几个试点工厂中应用。

在中国和美国等煤炭资源丰富的国家,煤向液态燃料的转化尤其重要。这些国家必须进口石油,以供应液态燃料。埃因霍芬理工大学的首席研究员Emiel Hensen 教授表示:“我们意识到,我们的新技术促进了煤炭衍生化石燃料的使用。然而,在未来几十年里,煤炭资源丰富的国家很可能会继续开采它们的煤炭储量。我们希望以最可持续的方式帮助他们做到这一点。”

研究结果可能会减少开发基于钴的CTL催化剂的努力。钴基催化剂不存在二氧化碳问题,但由于钴价格昂贵,且用于电池(占钴总消耗量的一半),钴很快将成为稀缺资源。

Hensen预计,新开发的催化剂也将在未来的能源和基础化学工业中发挥重要作用。原料不是煤或天然气,而是废料和生物质。合成气将继续是中心元素,因为它也是这些新原料转化的中间产物。(领先财纳编译)

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