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膜分离耦合CO2电催化加氢制甲酸工艺的设计及模拟

Process design and simulation of membrane separation coupled with CO2 electrocatalytic hydrogenation to formic acid

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CO2对气候影响越来越严重,将其转化为甲酸能够同步实现资源化和碳减排.当前CO2加氢制甲酸的研究主要在于寻找高性能催化剂,而过程设计对甲酸实现工业化也不可或缺,但是CO2电催化加氢制甲酸的过程设计尚未见报道.利用主要成分为H2和CO2的天然气制氢变压吸附解吸气为原料,设计了气体膜分离耦合CO2电催化加氢年产3万吨甲酸的工艺,并在Unisim Design流程模拟软件中进行了模拟.随后利用灵敏度分析法对反应器中膜电极面积、阴极电势、H2膜面积、CO2膜面积、精馏塔压力和回流比等参数进行优化,在最优方案下甲酸的单位质量成本为6.37 CNY/kg,比传统的Kemiral-Leonard(KL)工艺高31.88％,但是所提出的工艺可以实现减排3.33万吨/年的CO2,具有重要的环境保护意义.最后通过成本分析,从反应器的寿命、成本和电价三个方面提出三种有效的解决方案,可以将甲酸生产成本降低到传统KL工艺的生产成本.

方远鑫、肖武、姜晓滨、李祥村、贺高红、吴雪梅

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大连理工大学化工学院,辽宁大连116024

反应器 CO2电催化 数学模型 过程模拟 优化设计

2177603422021005

2021

10.11949/0438-1157.20210453

化工学报
中国化工学会 化学工业出版社

化工学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.26
ISSN：0438-1157
年,卷(期)：2021.72(9)
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