二氧化碳變“萬能溶劑” 全球首套千噸級中試裝置建成

千噸級二氧化碳資源化利用合成DMF中試裝置

金屬有機(jī)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室丁奎嶺院士團(tuán)隊(duì)研究創(chuàng)新的二氧化碳催化轉(zhuǎn)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(shù)、工藝和裝備”項(xiàng)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(rèn)為“該成果屬國際首創(chuàng)，整體技術(shù)居國際領(lǐng)先水平”。

“這個(gè)項(xiàng)目實(shí)施建成，將是世界上第一個(gè)從二氧化碳原料到DMF的工業(yè)化過程。”中科院院士、中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所所長唐勇告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

基于多年來在催化氫化方面的研究積累，丁奎嶺帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)通過發(fā)展新型金屬有機(jī)催化劑，實(shí)現(xiàn)了在溫和條件下將二氧化碳作為“碳資源”，化學(xué)轉(zhuǎn)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(xué)”解決方案。

該技術(shù)由中科院上海有機(jī)化學(xué)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(tuán)有限公司聯(lián)合攻關(guān)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(fā)了二氧化碳催化轉(zhuǎn)化合成DMF的新催化劑體系、成套新技術(shù)和新裝備，建成了1000噸/年的中試裝置，裝置已穩(wěn)定運(yùn)行超1200個(gè)小時(shí)。

中國石化聯(lián)合會組織的72小時(shí)考核結(jié)果表明：運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)品純度高于99.5%，選擇性大于99.97%，單程轉(zhuǎn)化率高于59%，噸產(chǎn)品消耗催化劑低于0.65克、二甲胺640.42千克、氫氣320.1標(biāo)方、二氧化碳331.7標(biāo)方。

據(jù)介紹，研究人員通過催化機(jī)制的研究和催化劑的分子設(shè)計(jì)，突破了均相催化劑選擇性、活性和穩(wěn)定性難以兼優(yōu)的限制，變革了以一氧化碳為原料的傳統(tǒng)工藝。核心技術(shù)已申請國際專利并進(jìn)入美國、歐洲和日本。

專家認(rèn)為，該項(xiàng)目反應(yīng)器與關(guān)鍵裝備設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性。根據(jù)催化反應(yīng)的“兩快一慢”過程和串級特點(diǎn)，研究人員創(chuàng)新性地提出了噴射與鼓泡耦合的反應(yīng)器設(shè)計(jì)理念，研制了新型均相催化反應(yīng)器核心設(shè)備;針對兩個(gè)放熱快反應(yīng)的特點(diǎn)，開發(fā)了高精度溫控系統(tǒng);集成了脫輕、脫水、精制以及安全管控等單元和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了工藝和裝置靈活控制、安全平穩(wěn)運(yùn)行。

同時(shí)，該技術(shù)工藝路線合理、高效。新工藝反應(yīng)條件溫和，過程綠色環(huán)保;能效高，轉(zhuǎn)化效率達(dá)53.8%;噸產(chǎn)品綜合能耗0.3064噸標(biāo)煤、噸產(chǎn)品廢氣排放6.67標(biāo)方，無固廢產(chǎn)生，可實(shí)現(xiàn)廢水零排放。

鑒定委員會認(rèn)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(yè)化技術(shù)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(yè)與企業(yè)而言，不僅可以產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還能減少二氧化碳排放，增加了一種延長產(chǎn)業(yè)鏈和提高競爭力的選項(xiàng)。