Za obvladovanje podnebnih sprememb in doseganje trajnostnega razvoja je mednarodna skupnost sprejela vrsto ukrepov za zmanjšanje emisij CO2, od katerih je ena tehnologija zajemanja ogljika . v zadnjih letih se je tehnologija zajemanja ogljika hitro razvijala in široko uporabljala, kar je pomembno sredstvo za obvladovanje podnebnih sprememb in zmanjšanje emisij o podnebnih plinih in zmanjšanje emisij za podnebne pline in zmanjšanje emisij o podnebnih plinih in zmanjšanje emisij za podnebne pline in zmanjšanje emisij za podnebne pline in zmanjšanje številnih emisij o podnebnih plinah in emisij za podnebne pline {2} obratovalni stroški, poraba energije sodobne kemijske opreme in skladiščenja in prevoza CO 2. z uporabo CO2 kot surovine in priprave dragocenih industrijskih produktov s pomočjo kemijskih metod sinteze se štejejo za učinkovit način za reševanje omejitve zajemanja ogljika {{5}, ki jih je CO2 na CO2 predlagal Paul sabatier {7 {7}, je Paul predlagal Paul SABatier {7 { biti učinkovita tehnologija za recikliranje Co 2.
Nekateri raziskovalci so predlagali inovativen poslovni model: z uporabo tehnologije metanacije CO2 in zelene vodikove tehnologije za proizvodnjo CH4 za dokončanje shranjevanja električne energije v kemično energijo . Ta model lahko pretvori odvečno elektriko v CH4 za shranjevanje in reševanje problema obnovljive energije; Uporaba obstoječih objektov za shranjevanje zemeljskega plina in prometa lahko znatno zmanjša stroške naložbe; Spodbujanje razvoja tehnologije zajema in uporabe ogljika ter prispevanje k globalnemu prehodu zelene energije . Ta članek uvaja razvoj metanacijskih katalizatorjev CO2 in analizira industrijske scenarije uporabe tehnologije moči in plina z uporabo tehnologije metanacije metanacije .
Ključne besede:Ogljikov dioksid, metanacija, napajanje v plin, zajem ogljika, shranjevanje energije, vodikova surovina, vodna elektroliza
Co2reakcija metanacije
Reakcijska termodinamika
Med h se pojavljajo naslednje reakcije2in c 02Med postopkom metanacije .
Glavna reakcija: C 02 + 4H2⇄ pogl4 + 2H2 O
Δ H=-165.0 kj/mol
Stranska reakcija: C 02 + H2 ⇄ C0 + H2 O
Δ H=41.1 kj/mol
Stranska reakcija, znana tudi kot reakcija premika voda-plina, je endotermična . Ko reakcija doseže določeno temperaturo, se selektivnost stranskega proizvoda CO poveča in selektivnost CH4zmanjšuje . Zato je raziskovalni fokus CO2Metanacijski katalizatorji naj bi razvili katalizatorje z visoko aktivnostjo pri nizkih temperaturah . Vpliv tlaka in temperature na reakcijske produkte, kjer je prostorninsko razmerje reaktantov H2do co2je 4: 1.
Raziskave katalizatorja
Vrtivost reakcije metanacije se odraža predvsem v njegovih termodinamičnih lastnostih in teoretičnem potencialu za visoko hitrost pretvorbe pri sobni temperaturi in tlaku {0}}, saj je C02Molekula je popolnoma oksidirana, ogljikov atom in atom kisika pa tvorita kovalentno dvojno vez, aktivacijska energija, potrebna za reakcijo
The metals of Group VIII can improve the conversion rate and selectivity in the methanation reaction, and their activity is in descending order: Ru, Ir, Rh, Ni, CO, Os, Pt, Fe, Mo, Pd, Ag. When only the most important factors (activity and selectivity) of the methanation reaction are considered, the activity is in descending order: Ru, Fe, Ni, Co, Mo, and the selectivity is in descending Naročilo: ni, co, fe, ru .
Primerjava zmogljivosti različnih kovinskih katalizatorjev je prikazana v tabeli 1. katalitični sistemi, ki temeljijo na prehodnih kovinah (ru, rh, pd itd. .)2Reakcije metanacije! Zlasti katalizatorji, ki temeljijo na Ru2O3(3% ru naloženo na AI2O3prevoznik, enako spodaj) ima večjo selektivnost za CH4kot 20%ni/ai2O3. Dragocene kovine (na primer PT) imajo tudi visoko aktivnost in selektivnost v CO2Reakcije metanacije, vendar so njihovi visoki stroški postali glavna ovira za njihovo obsežno uporabo v CO2Metanacija . Druge prehodne kovine (na primer Fe in CO) imajo tudi določeno kemično reaktivnost, vendar je njihova selektivnost nizka, v glavnem pa se uporabljajo kot dodatki za druge bimetalne katalizatorje . zaradi njihovih nizkih cenov in obilnih surovin, večini raziskav in industrijskih projekti
Učinki nosilcev in dodatkov na katalizatorje
Različni prevozniki igrajo veliko vlogo pri pripravi in izboljšanju katalizatorjev ., ki so pogosto uporabljeni prevozniki, so večinoma kovinski oksidantni nosilci . Ti nosilci v glavnem povečujejo adsorpcijsko sposobnost reaktantov s spreminjanjem obstoječega stanja aktivne faze, ki se pojavljajo po površini, kovinskemu disperziji, in glavnim kristalnim obrazom, ki so bile izpostavljene kristalne faces, in glavne kristalne faces in glavne kristalne obraze S posebnimi lastnostmi se pogosto uporabljajo kot nosilci katalizatorja, na primer AI2O3, Sio2, Zro2, Izvršni direktor2, itd . med njimi, ai2O3je eden najpogosteje uporabljenih nosilcev katalizatorja, ker ima prednosti nizke cene, velike površine in razvite pore ., vendar je aktivna faza ni/ai2O3Katalizator je enostavno sinter in karbonizirati pri visoki temperaturi, kar ima za posledico deaktivacijo katalizatorja . Zato je priprava ni/ai2O3Katalizator z dobro aktivnostjo in visoko stabilnostjo je postal trenutni raziskovalni fokus .
For Ni-based catalysts, additives are key modification components that can significantly change the properties and performance of the catalyst. Catalyst performance is optimized through different mechanisms, such as bimetallic synergy, changing the metal electronic environment, inhibiting the formation of spinel species, enhancing the adsorption of reactants and intermediates, and improving metal Disperzija . Sidik et al . so ugotovili, da je z dodajanjem CO kot veziva pripravljen katalizator Ni-CO/MSN pokazal večjo aktivnost in stabilnost kot ni/msn . analiza, ki je potrdila, da ni-co zlitina pomaga zmanjšati velikost Ni-Co in zagotavlja boljše kovine in zagotavlja boljše kovinske zmogljivosti {{7} {7} Pripravljeni Ni-ru katalizatorji in ugotovili, da je RU izboljšala zmanjšanje katalizatorjev na osnovi NI in izboljšala Adsorpcijsko sposobnost NI za H2, s čimer izboljšuje zmogljivost katalizatorja .
Scenariji uporabe reakcije metanacije
Čeprav je razvoj obnovljive energije dosegel izjemne rezultate, se sooča tudi z nekaterimi izzivi . ozko grlo je predvsem v nepredvidljivosti obnovljivih virov, kar lahko privede do presežka električne energije in prinaša izzive v stabilnem delovanju električnega omrežja .
PTG Technology uporablja CO2Reakcija metanacije uporablja zeleni vodik, ki ga proizvajajo obnovljiva energija in CO2Ker lahko surovine za ustvarjanje sintetičnih izdelkov za zemeljski plin in stranski kisik lahko očistimo in prodamo ., ki v celoti uporabi visokokakovostno reakcijsko toploto, lahko zmanjša stroške tehnologije PTG ., saj je glavna komponenta generiranega sintetičnega zemeljskega plina CH CH4, lahko ga neposredno pošljete v cevovodno mrežo zemeljskega plina in uresničimo dolgoročno in obsežno shranjevanje CH4.
Proizvodnja vodikove surovin
The main methods of industrial hydrogen production include natural gas hydrogen production, water electrolysis hydrogen production, coal hydrogen production, and industrial by-product hydrogen production. Except for water electrolysis, the hydrogen production, other methods require the use of fossil energy. Fossil energy hydrogen production technology is mature, and the cost is lower than water Proizvodnja vodika z elektrolizo, vendar bo med proizvodnim postopkom ustvarjena velika količina Co₂ .
V idealnem primeru je vodikova surovina tehnologije PTG H2 (zeleni vodik), ki nastane s tehnologijo povezovanja vodne elektrolize z obnovljivo energijo ., glavne tehnologije vodne elektrolize so alkalne vodne elektrolize (AEL) tehnologije (AEM) in trdne membrane (PEM) in tehnologije PEMBRANE (PEM) in PEM) Tehnologija . Med njimi je tehnologija AEL zrela in primerna za obsežno industrijsko proizvodnjo vodika, vendar je stopnja proizvodnje nizka, poraba energije pa je velika . pred letom 2014, domača in tuja vodna elektroliza, ki je bila uporabljena AEL tehnologija ., saj je v primerjavi z leto 2015, da se je v primerjavi z leto 2015, ki se je v primerjavi z leto 2015 poceni., v glavnem povečala., saj je v primerjavi s tem, da se je v primerjavi z letom poceni. v primerjavi z leto 2015, ki se je v glavnem povečala, da se je v glavnem povečala, da se je v glavnem povečala, da se je v glavnem povečala, da se je v glavnem povečala, da se je v glavnem povečala, da se je v glavnem v tem, da se je v glavnem povečala, da se je v glavnem povečala, da se je v glavnem povečala, da se je v glavnem povečala.. Da so PEM elektrolizatorji primerni za delovne pogoje z velikimi nihanji moči, imajo krajše zagonske čase in se hitreje odzovejo na nihanja obnovljive energije . AEM tehnologije in tehnologije SOEC niso zrele: trenutno se ne morejo prilagoditi industrijskim proizvodnji zelenega vodika .
Co2Pridobitev
Co2V metanacijski reakciji prihaja iz CO2-Rich Oil in plinska polja, velike elektrarne na premog, cementne rastline itd. . Te rastline običajno oddajajo veliko količino CO2med delovanjem in visoko čistoči2lahko dobimo s pomočjo tehnologije zajema ogljika . Trenutno se v tovarnah pogosto uporablja tehnologija zajemanja po zajem2v dimnih plinih po zgorevanju .
Tehnologija zajema ogljika je v osnovi dozorela, po vsem svetu pa je bilo izvedenih veliko število projektov . Čeprav tehnologija zajema ogljika lahko zmanjša stroške davka na ogljik podjetij, v celotnem postopku se ne izdelajo dragoceni kemični izdelki ., nekaj co2Tehnologije uporabe in shranjevanja imajo potencialna tveganja, kot je CO2Poplava in tehnologija podzemne shranjevanja .
Inženirski primeri tehnologije PTG
Trenutno v moji državi ni obsežnih komercialnih primerov naprav PTG in na tem področju ni veliko študij . Raziskave tehnologije PTG so trenutno predvsem v evropskih državah, ZDA in Japonska pa so tudi v zadnjih letih povečali svoje raziskave in razvoj te tehnologije .
Chehade et al . so izvedli raziskave in analize na 192 predstavitvenih projektih v 32 državah . 91% projektov še vedno delujejo, 27% projektov2, nato pa za pretvorbo h uporabite tehnologijo vodikove gorivne celice ali plinske turbine2v elektriko in jo neposredno vbrizgate v električno omrežje; 69 Projekti proizvajajo zeleni vodik in uporabljajo tehnologijo metanacije za pretvorbo H2 v CH4in ga vbrizgate v omrežje cevovodov za zemeljski plin; V Evropi je 154 PTG projektov, od tega se nahaja skoraj tretjina v Nemčiji .
Wulf in sod. Nemčija . Večina projektov je neposredno uporabljala obnovljivo električno energijo . Ena tretjina projektov Power-to-X, pretvorjena v druge plinske izdelke za prodajo . večina projektov je uporabljala biomasova plina, medtem ko so drugi uporabljali krmilje, ki so jih uporabljali, kot so se uporabljali tudi CO2 napajalnice, ki so bile uporabljene s pomočjo CO2 napajanja, ki so bile uporabljene, kot CO2 napajalnice, kot CO2 napajalnice, kot CO2 napajalnice, kot CO2 napajalnice, kot CO2 napajalne plati Reakcije metanacije .
Avstralija tudi aktivno raziskuje načine pretvorbe CO2v pog4. južni zeleni plini načrtuje izvajanje obnovljivega CH4Projekt za izdelavo CH4 z majhnimi moduli . Ti moduli vsebujejo sončne panele, ki napajajo električno energijo elektrolizatorjem . H2, ki ga proizvajajo elektrolizatorji2V metanacijskem reaktorju za proizvodnjo ch4, ki se nato vbrizga v avstralsko mrežo cevovodov za zemeljski plin za shranjevanje ali komercialno uporabo . Projekt uporablja obstoječi cevovodni sistem kot prevozni in skladiščni objekt, kar znatno zmanjša stroške gradnje infrastrukture: drsniki so lahko samozadostni, kar močno zmanjša stroške delovanja; in najem poceni zemljišča še izboljša konkurenčnost projekta .
