上海高研院在能源化工复杂物系分离流程设计和系统评估研究方面取得进

中国科学院上海高等研究院唐志永研究员所领衔的工程科学团队，在能源化工复杂物系分离流程设计和技术-经济-环境评估研究中取得进展，研究成果以“Direct conversion of syngas to alpha olefins via Fischer–Tropsch synthesis: Process development and comparative techno-economic-environmental analysis”为题近日发表在能源领域一区期刊Energy（IF=8.857）。论文第一作者为我院职工汪丹峰博士与顾宇博士，通讯作者为唐志永研究员与陈倩倩副研究员。 

“双碳”对以煤化工为代表的能源化工提出了新的发展要求，以传统合成气（一氧化碳和氢气）、可再生能源制氢和碳捕集二氧化碳为核心的能源转化技术不断取得突破，如制烯烃（低碳烯烃、长链烯烃、α-烯烃）、混合醇（低碳混合醇、高碳醇）、汽油、航空煤油、芳烃等。而因其产物体系复杂而造成分离加工与产品方案设计难度较大，是制约成套技术从实验室走向工业化的主要因素之一。 

本文从工程科学角度，以煤经合成气直接制烯烃（CFTO）为例，针对其复杂产物物系（存在大量多元共沸的多相多组分物系），对其产物分离加工与产品方案进行了系统设计研究（Fig.1）；通过Aspen Plus软件对煤经合成气直接制烯烃全过程（从煤炭到产品）进行了模拟计算；与煤经甲醇制烯烃（CMTO）进行了技术-经济-环境比较分析（Fig.2），包括过程能耗、能效、碳排放、生命周期分析（LCA）（Fig.3）、经济性等。研究表明：1）基于建立的产物分离路线与产品方案设计，CFTO路线能够形成低碳烯烃（C2-C4）、α-烯烃（C5-C8）、PAO、混合烷烃溶剂油、低碳混合醇、洗涤剂醇和增塑剂醇等产品链。2）较之于CMTO，基于此流程的CFTO能耗降低10.1%、二氧化碳总排放降低14.8%、工艺直接二氧化碳排放降低42.6%。CFTO的财务内部收益率为17.39%（优于相同煤价等条件下CMTO路线）。该研究为相关复杂物系分离方案设计和有关能源转化技术的系统评估提供了参考。 

该工作得到了国家自然青年基金和壳牌前瞻科学项目的资助支持。 

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.125991 


Fig. 1. Framework of CFTO process 


Fig. 2. Comparative analysis of CFTO and CMTO 


Fig. 3. Life cycle analysis of CFTO and CMTO