二氧化碳加氫制甲醇

CO

2

加氫制甲醇作為一種新興的綠色化工技術，

近些年在國內外發展較為迅速。丹麥託普索公司與德國魯奇公司分別開發了二氧化碳加氫制甲醇催化劑

MK101和C79-5L並進行了中試。2009年日本

三井化學公司建

成了

100 t/

年的二氧化碳制甲醇中試裝置。

2012年，碳迴圈國際公司CRI在冰島Svartsengi 建成了當時世界上最大的CO

2

基燃料廠，利用地熱電廠電解水製取的氫和

CO

2

反應合成甲醇，每年可消耗

5600

噸

CO

2

並製取約

4000

噸

甲醇，目前

CRI公司已經形成5萬

-

10萬t/年的二氧化碳制甲醇標準化設計能力。三菱集團被日本政府新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）選定開展回收二氧化碳加氫制甲醇的研究，以北海道現有的苫小牧煉油廠CCUS專案為基礎，擬新增建設20t/d的碳回收甲醇合成裝置。

1、二氧化碳加氫制甲醇化學反應方程式

二氧化碳加氫合成甲醇反應進氣原料為

CO

2

和

H

2

，在反應器內可能發生的化學反應如下：

CO

2

+ 3H

2

＝

CH

3

OH + H

2

O （1）

CO

2

+ H

2

＝

CO + H

2

O （2）

CO + H

2

＝

CH

3

OH （3）

CO

2

+ 4H

2

＝

CH

4

+ 2H

2

O （4）

二氧化碳加氫制甲醇反應中，溫度、壓力和

H

2

/CO

2

比都是影響反應的重要因素，透過之前研究者的研究結果，最佳反應溫度區間在

373K-573K，反應壓力在0。1-3MPa，H

2

/CO

2

摩爾比範圍在

2-10。

二氧化碳加氫制甲醇是放熱反應，隨著溫度升高，甲醇的選擇性降低，因此溫度升高對二氧化碳制甲醇不利。由化學反應式可知，二氧化碳加氫合成甲醇是摩爾數降低的反應，因此壓力增加有利於反應的進行。

2、二氧化碳加氫合成甲醇的原料的獲得

原料二氧化碳的來源主要來自於這些行業中的碳捕集，加氫制甲醇是對捕集

CO

2

的

資源化利用手段。

而原料氫氣的來源可以有多種，即

“灰氫”、“藍氫”、“綠氫”，世界能源理事會將氫氣分為三類：透過化石能源製備的“灰氫”、透過化石原料製備同時使用碳捕集封存技術製備的“藍氫”、透過可再生能源製備的“綠氫”。區別在於二氧化碳的排放，“灰氫”的製備伴隨著二氧化碳的排放，“藍氫”雖然有碳捕集但無法徹底避免二氧化碳的排放，只有“綠氫”才能真正實現零碳排放。

因二氧化碳加氫制甲醇被視為減碳排的方式，所以若要實現真正的減碳，二氧化碳加氫制甲醇的

核心是使用“綠氫”

。

3、二氧化碳加氫合成甲醇的重要意義

對於二氧化碳而言，本身是減碳排的目標，二氧化碳加氫制甲醇是碳捕集及二氧化碳的資源化利用，該工藝在減碳排的同時獲得高附加值的化學品。

對於氫氣而言，將可再生能源如風能、光伏等轉化為電能進而儲存在甲醇中，使能源便於儲存和運輸，提升化學能的利用率。

而對於產物甲醇而言，因甲醇是重要的化工原料中間產物，透過甲醇可以合成的化學產品體系龐大，透過二氧化碳制甲醇，可以依託現有

C1

化工體系實現化工品的綠色製造。下圖為甲醇的上游及下游化工品：

4、產業價值

二氧化碳

加氫合成

甲醇

工藝

可以產生三大產業價值：

一是從工業生產中回收氫氣和合成氣，和二氧化碳反應生成甲醇，增加產品價值，減少碳排放。

二是提高電廠利用率，利用供需不匹配而過剩的電能彈性電解水制氫，與

CO

2

合成甲醇，不僅削峰填谷，提高裝置利用率，而且增強了電網的穩定性，減少碳排放。

三是將可再生能源發電制氫，將

石油和煤化工生產過程中捕集的

二氧化碳轉化為甲醇，形成低碳運輸燃料，沒有碳排放。