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電化學(xué)氣-液技術(shù)生產(chǎn)甲醇

據(jù)美國《今日下游》2015年10月19日報道，甲醇是用于生產(chǎn)液體燃料、溶劑、樹脂和聚合物的基礎(chǔ)化合物，一種常見的制備方法為蒸汽甲烷重整（SMR）法。FuelCell能源公司（FCE）副總裁Kurt Goddard指出，SMR法有其缺點，蒸汽重整生產(chǎn)甲醇是高度能源密集型并具有大量的碳足跡，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生污染物（如氮氧化物和顆粒物）可能引起公眾健康問題。 北達(dá)科他能源大學(xué)與環(huán)境研究中心（EERC）首席化學(xué)家Ted Aulich認(rèn)為，SMR的復(fù)雜性源于其需要高溫和通過多個步驟，限制了其實際應(yīng)用，只有大規(guī)模裝置才可以實現(xiàn)商業(yè)可行的經(jīng)濟(jì)性。最近，他和他在EERC的團(tuán)隊由FuelCell能源公司牽頭開始了一個為期三年的項目，開發(fā)一種更簡單、成本不高并替代兩步法SMR的工藝，目標(biāo)是開發(fā)一種燃料電池能將天然氣和其他富含甲烷的氣體轉(zhuǎn)化為甲醇。

Kurt Goddard表示，使用燃料電池生產(chǎn)甲醇解決了甲醇生產(chǎn)過程中的環(huán)境問題，燃料電池具有高效的能量轉(zhuǎn)換率，幾乎不存在污染物并具有較低的碳足跡。據(jù)Ted Aulich介紹，電池狀的電化學(xué)氣-液（EC-GTL）技術(shù)有可能產(chǎn)生一種模塊化、有效并具有成本效益的甲醇生產(chǎn)裝置。目前FCE正在開發(fā)的燃料電池，從生產(chǎn)甲醇的大型工業(yè)裝置到在一口油井上安裝一個單獨的單元，其規(guī)?？蓴U(kuò)展。一步法EC-GTL工藝大約在400～600℃和常壓下將甲烷部分氧化為甲醇。這個350萬美元的項目得到了來自美國能源部能源高級研究計劃局（ARPA-E）和北達(dá)科他州商務(wù)部的資助，EERC將努力改善陽極催化劑的性能和經(jīng)濟(jì)性，這是EC-GTL技術(shù)的關(guān)鍵部分。目前陽極催化劑技術(shù)的主要缺點是天然氣轉(zhuǎn)化率低和甲醇生產(chǎn)選擇性低，這是由于很難提供精確適量的催化活性以實現(xiàn)甲烷部分氧化成甲醇?；钚蕴蛣t氧化力不足，甲烷氧化成甲醇不足；活性過多則氧化過度，導(dǎo)致生產(chǎn)出價值較低的產(chǎn)物如二氧化碳。在這次合作中，EERC和FCE各自的作用是：EERC初步評估候選催化劑配方，F(xiàn)CE則結(jié)合EERC的發(fā)現(xiàn)連同其他合作伙伴的發(fā)現(xiàn)，設(shè)計出完整的以電化學(xué)電池為基礎(chǔ)的反應(yīng)器系統(tǒng)，包括陽極、陰極、電解質(zhì)和氣體進(jìn)料、產(chǎn)品回收和未反應(yīng)的甲烷再循環(huán)。該研究與其他許多公司正在開發(fā)由甲醇生產(chǎn)燃料和化工基礎(chǔ)原料裝置的主要區(qū)別在于：使用電化學(xué)方法，實現(xiàn)了更簡單的技術(shù)，使在較小規(guī)模達(dá)到SMR方法一樣的商業(yè)可行性。FCE的一個主要目標(biāo)是技術(shù)簡單和小型化，可以部署在各個氣井和井組。最小規(guī)模應(yīng)該是適合從單個油井產(chǎn)生的氣體，流量低至每天30萬立方英尺。

EC-GTL技術(shù)采用模塊化，像單個燃料電池一樣可以“堆疊”，裝置的規(guī)?？筛鶕?jù)需要決定。使用模塊化的EC-GTL單元的主要好處在于，由于它由氧化的化學(xué)能驅(qū)動，只需最少的能量輸入，還可以產(chǎn)生增值的電和熱。每個EC-GTL模塊單元自成體系，可以轉(zhuǎn)移，以適應(yīng)處理氣體不斷變化的需求。這種可轉(zhuǎn)移性將有利于EC-GTL技術(shù)應(yīng)用在北達(dá)科他州和其他地區(qū)的油井上，因為生產(chǎn)的伴生氣產(chǎn)量通常從初始的最大量在約18個月后漸漸下降至最大量的約30%。

研究開發(fā)