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二氧化碳變“萬能溶劑” 全球首套千噸級中試裝置建成

來源:中國科學報 黃辛 訪問:1212 時間:2019-08-08

  金屬有機化學國家重點實驗室丁奎嶺院士團隊研究創新的二氧化碳催化轉化新方法——從二氧化碳到“萬能溶劑”N,N—二甲基甲酰胺(DMF)新路徑獲得重大突破。8月6日,“CO2資源化利用合成DMF成套技術、工藝和裝備”項目在北京通過了由何鳴元、周其林、席振峰等院士參加的專家委員會的科技成果鑒定。專家一致認為“該成果屬國際首創,整體技術居國際領先水平”。

  “這個項目實施建成,將是世界上第一個從二氧化碳原料到DMF的工業化過程。”中科院院士、中科院上海有機化學研究所所長唐勇告訴《中國科學報》。

  基于多年來在催化氫化方面的研究積累,丁奎嶺帶領團隊通過發展新型金屬有機催化劑,實現了在溫和條件下將二氧化碳作為“碳資源”,化學轉化制備出甲醇、DMF等常用化工原料,為二氧化碳的資源化利用提供了“綠色化學”解決方案。

  該技術由中科院上海有機化學研究所、上海中科綠碳化工科技有限公司和山東濰焦控股集團有限公司聯合攻關完成。新工藝以二氧化碳、氫氣和二甲胺為原料。研究人員開發了二氧化碳催化轉化合成DMF的新催化劑體系、成套新技術和新裝備,建成了1000噸/年的中試裝置,裝置已穩定運行超1200個小時。

  中國石化聯合會組織的72小時考核結果表明:運行穩定,產品純度高于99.5%,選擇性大于99.97%,單程轉化率高于59%,噸產品消耗催化劑低于0.65克、二甲胺640.42千克、氫氣320.1標方、二氧化碳331.7標方。

  據介紹,研究人員通過催化機制的研究和催化劑的分子設計,突破了均相催化劑選擇性、活性和穩定性難以兼優的限制,變革了以一氧化碳為原料的傳統工藝。核心技術已申請國際專利并進入美國、歐洲和日本。

  專家認為,該項目反應器與關鍵裝備設計具有創新性。根據催化反應的“兩快一慢”過程和串級特點,研究人員創新性地提出了噴射與鼓泡耦合的反應器設計理念,研制了新型均相催化反應器核心設備;針對兩個放熱快反應的特點,開發了高精度溫控系統;集成了脫輕、脫水、精制以及安全管控等單元和系統,實現了工藝和裝置靈活控制、安全平穩運行。

  同時,該技術工藝路線合理、高效。新工藝反應條件溫和,過程綠色環保;能效高,轉化效率達53.8%;噸產品綜合能耗0.3064噸標煤、噸產品廢氣排放6.67標方,無固廢產生,可實現廢水零排放。

  鑒定委員會認為,這一全球首套千噸級中試裝置的建成,為二氧化碳資源化利用開辟了新途徑。與目前以一氧化碳為原料的工業化技術相比,新路線工藝原料成本更低且來源豐富,三廢排放大幅減少。對于富余氫氣和二氧化碳的行業與企業而言,不僅可以產生顯著的經濟效益,同時還能減少二氧化碳排放,增加了一種延長產業鏈和提高競爭力的選項。

  (原載于《中國科學報》 2019-08-08 第1版 要聞)

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