[发明专利]一种耦合脱水提升二氧化碳加氢转化率的方法

说明书

本发明公开一种耦合脱水提升二氧化碳加氢转化率的方法，在CO₂加氢反应中引入脱水剂，实现CO₂加氢反应和脱水反应的耦合，从而提升二氧化碳的转化率。所述CO₂加氢反应为CO₂加氢制甲醇、CO₂加氢制二甲醚或CO₂加氢逆水气变换反应，还可为其它有水生成的反应。本发明通过在CO₂加氢反应中引入脱水反应进行耦合，能够促进加氢过程反应平衡向右大幅移动，从而明显提升CO₂的转化率，而借助金属结构化催化剂的传热强化能力提供近似等温的反应环境，能够进一步提升CO₂的转化率，能够为“碳达峰”与“碳中和”目标做实质性贡献。

技术领域

本发明涉及二氧化碳加氢，特别涉及一种耦合脱水提升二氧化碳加氢转化率的方法。

背景技术

由于化石能源的大量、广泛使用，2020年全球以CO₂计量的温室气体排放达到惊人的310亿吨；我国约为100亿吨，全球第一。由此引起的全球性气候变化已严重威胁到人类可持续发展甚至人类生存。作为有担当的大国，我国提出“力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的双碳目标。然而在国民经济快速发展的同时实现“双碳目标”、兑现国际承诺，面临着严峻的技术压力。为此中国工程院制定了详尽的“碳达峰碳中和”路线，其中碳捕集、利用和存储(CCUS)是碳中和的重要环节。

从能源和化工的角度看，CO₂既是一种排放量巨大的温室气体，也是一种廉价易得的碳源。CO₂广泛用于生产尿素、碳酸盐、聚碳酸酯等化学品或材料。此外，CO₂还可以作为储氢的载体，通过加氢反应得到多种燃料，如CO、CH₄、CH₃OH、DME和烃类等。CH₃OH和DME既是优秀的燃料也是重要的平台化合物。作为燃料，它们具有高能量密度、易于存储运输、可直接驱动燃料电池、也能方便地转化为H₂，因此相比氢能和锂电，它们被认为是一种更为便利的能源；作为平台化合物，它们可进一步合成其它高附加值化学品，例如通过MTO过程合成乙烯和丙烯，通过MTG过程合成汽油等。CO₂合成淀粉的第一步就是CO₂加氢制甲醇。若加氢过程所用氢气为可再生能源生产的绿氢，则上述燃料合成过程不产生额外的碳排放，所得燃料也被称为碳中和燃料。加快碳中和燃料的研究和产业化是包括中美两国在内的大多数国家的碳中和技术路线之一。我国工程院也将“CO₂合成多碳平台化合物”列入2021年化工、冶金和材料工程的11大工程研究前沿。

因为CH₃OH和DME兼具燃料和平台化合物属性，由CO₂制CH₃OH和DME路线备受亲睐。DME是由CH₃OH生产的下游高附加值产品，通常被视为甲醇工业的一部分。1994年诺贝尔奖获得者George Olah教授提出21世纪是甲醇经济时代，逐步发展、阐述了CO₂捕集，加氢转化，CH₃OH和DME替代化石燃料等概念。施春风、张涛、李静海和白春礼四位院士联名在国际权威杂志《Joule》撰文，进一步提出利用太阳能制氢并用于CO₂合成甲醇的“液态阳光”的概念，并制定了从现有能源结构迈向绿色醇基能源的路线图。