[发明专利]工业烟气高效转化制取液体燃料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用工业烟气多碳源催化加氢制备甲醇、二甲醚、乙醇等液体燃料技术，是一种CO₂减排与工业烟气资源化利用新技术，属于能源化学领域。

背景技术

地球表面温度升高、海平面上升、极端恶劣天气频繁出现引起了全人类对“温室效应”的关注，CO₂是引起温室效应的主要温室气体，已被视为第三代空气污染物。随着世界工业化进程的不断推进，以石油、煤、天然气为主的含碳化石能源在人类生产、生活活动中大量使用，打破了自然界生物圈、大气圈原有的碳平衡。法国国家科学研究中心(CNRS)最新研究数据显示，历史上大气中CO₂含量为180ppm至260ppm，但在最近100年，该数值已增加到260ppm至380ppm。

为实现人类社会的可持续发展，以《京都议定书》为重要标志，国际社会对CO₂减排已达成共识。目前我国CO₂年排放量超过30亿吨，居世界第二位。其中，冶金企业是我国CO₂排放的主要源头之一，其排放量约占全国总排放量的14％。而随着经济快速发展以及生活水平的不断提高，在未来一段时间内，我国的能源消耗还将维持在一个较高的水平，随之必然带来CO₂的高排放。研究认为，2030后CO₂排放将成为限制中国经济增长的首要因素。基于国际、国内环境和经济等多方因素的考虑，我国政府于2009年11月正式对外宣布，到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％～45％“清晰的量化目标”，而要顺利实现该目标，就必须将CO₂减排和再利用作为关系国家政治、经济和环境的重大命题来开展相关工作。2009年12月，旨在讨论全球温室气体减排及低碳经济的“哥本哈根气候变化大会”受到各国政府高度关注，美、日等国均在哥本哈根气候变化大会上向全世界做出了CO₂具体的量化减排承诺。

另一方面，在化石能源逐渐枯竭的今天，CO₂又是庞大、廉价的碳资源，资料显示全球通过烟气排放的碳远远超出了人类生产、生活所需要的总量碳。通过化学催化反应将CO₂转化为甲醇、二甲醚、乙醇等液体燃料，构建以CO₂为碳资源的新型碳一化工体系，既达到CO₂减排的目的，又部分替代化石能源，是研究人员不懈努力追求的目标。甲醇、二甲醚、乙醇可通过CO₂加氢催化转化制备得到，它们具有较好的燃烧性能，可作为清洁燃料用于内燃机、柴油机或燃料电池，同时又是重要的化工原料。作为能源，均可与汽油或柴油混合，毋须改变现有交通运输体系就能对汽油、柴油进行替代。作为化工原料，甲醇、二甲醚、乙醇在化工制造业中已广泛用于生产甲醛、乙酸、聚乙烯、聚丙烯等。

发明内容

在能源与减排双重压力的背景下，针对工业烟气，特别是冶金烟气中以CO₂、CO、N₂为主部分含有少量CH₄的多碳源(CO₂、CO与CH₄等)特性，我们提出了一种工业烟气多碳源催化加氢制取甲醇、二甲醚、乙醇等液体燃料的新方法。该方法不仅达到CO₂减排的目的，同时也为工业烟气资源化利用提供了一种途径。该技术的实施将对二氧化碳减排与工业烟气资源化利用领域产生较大影响。

工业烟气经过余热回收与除尘、脱硫、脱氮等净化工序处理后，得到主要为多碳源(CO₂、CO与CH₄等)与N₂等的混合气体，而经预处理分离后得到无碳烟气(主要为N₂)直接排放，多碳源烟气用于加氢制取液体燃料；在一定条件下、在高效催化材料的催化作用下多碳源烟气直接加氢，通过加氢催化反应生成甲醇、二甲醚、乙醇等液体燃料，生成的液体燃料经分离提纯后得到相应的液体燃料纯产品。该技术的特点在于不用分离多碳资源，能够同时加氢转化CO₂、CO、CH₄制取甲醇、二甲醚、乙醇等液体燃料。

反应条件：温度200℃～600℃，压力2MPa～50MPa；

烟气成分：含有CO₂、CO、CH₄与H₂其中的一种或几种，烟气中各组分及含量因生产工艺不同而有变化。