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二氧化碳变“万能溶剂” 全球首套千吨级中试装置建成

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金属有机化学国家重点实验室丁奎岭院士团队研究创新的二氧化碳催化转化新方法——从二氧化碳到“万能溶剂”N,N—二甲基甲酰胺(DMF)新路径获得重大突破。8月6日,“CO2资源化利用合成DMF成套技术、工艺和装备”项目在北京通过了由何鸣元、周其林、席振峰等院士参加的专家委员会的科技成果鉴定。专家一致认为“该成果属国际首创,整体技术居国际领先水平”。

“这个项目实施建成,将是世界上第一个从二氧化碳原料到DMF的工业化过程。”中科院院士、中科院上海有机化学研究所所长唐勇告诉《中国科学报》。

基于多年来在催化氢化方面的研究积累,丁奎岭带领团队通过发展新型金属有机催化剂,实现了在温和条件下将二氧化碳作为“碳资源”,化学转化制备出甲醇、DMF等常用化工原料,为二氧化碳的资源化利用提供了“绿色化学”解决方案。

该技术由中科院上海有机化学研究所、上海中科绿碳化工科技有限足球外围网站app和山东潍焦控股足球外围网站app有限足球外围网站app联合攻关完成。新工艺以二氧化碳、氢气和二甲胺为原料。研究人员开发了二氧化碳催化转化合成DMF的新催化剂体系、成套新技术和新装备,建成了1000吨/年的中试装置,装置已稳定运行超1200个小时。

中国石化联合会组织的72小时考核结果表明:运行稳定,产品纯度高于99.5%,选择性大于99.97%,单程转化率高于59%,吨产品消耗催化剂低于0.65克、二甲胺640.42千克、氢气320.1标方、二氧化碳331.7标方。

据介绍,研究人员通过催化机制的研究和催化剂的分子设计,突破了均相催化剂选择性、活性和稳定性难以兼优的限制,变革了以一氧化碳为原料的传统工艺。核心技术已申请国际专利并进入美国、欧洲和日本。

专家认为,该项目反应器与关键装备设计具有创新性。根据催化反应的“两快一慢”过程和串级特点,研究人员创新性地提出了喷射与鼓泡耦合的反应器设计理念,研制了新型均相催化反应器核心设备;针对两个放热快反应的特点,开发了高精度温控系统;集成了脱轻、脱水、精制以及安全管控等单元和系统,实现了工艺和装置灵活控制、安全平稳运行。

同时,该技术工艺路线合理、高效。新工艺反应条件温和,过程绿色环保;能效高,转化效率达53.8%;吨产品综合能耗0.3064吨标煤、吨产品废气排放6.67标方,无固废产生,可实现废水零排放。

鉴定委员会认为,这一全球首套千吨级中试装置的建成,为二氧化碳资源化利用开辟了新途径。与目前以一氧化碳为原料的工业化技术相比,新路线工艺原料成本更低且来源丰富,三废排放大幅减少。对于富余氢气和二氧化碳的行业与企业而言,不仅可以产生显著的经济效益,同时还能减少二氧化碳排放,增加了一种延长产业链和提高竞争力的选项。