膜反应器在可再生甲醇合成中的系统级优化：效率提升与热自给策略

针对传统甲醇合成受热力学平衡限制的问题，研究人员通过集成选择性膜的膜反应器(MRs)系统研究，实现了96.04%的CO2转化率和90.28%的?效率，并提出以CO2替代H2作为吹扫气体，使能耗降低47.46%。该研究为大规模和分布式甲醇合成提供了创新解决方案。

　　

随着全球变暖加剧，利用可再生资源合成甲醇成为减排关键路径。然而，传统CO₂加氢制甲醇工艺受限于热力学平衡，单程转化率仅4%-14%，且需高压高温条件。膜反应器(MRs)通过选择性移除产物水打破平衡限制，但既往研究多聚焦材料层面，忽视系统级能效优化。

为解决这一瓶颈，中国研究人员构建了从电解氢和捕集CO₂出发的全流程MRs系统模型。研究采用一维反应器建模方法，对比等温与绝热操作模式，创新性提出以CO₂替代H₂的吹扫策略，并通过Aspen Plus软件进行热力学模拟。实验数据来自10kW级电解制氢系统，膜性能参数基于NaA沸石膜实测值。

结果部分显示：在50bar等温条件下，MRs使CO₂单程转化率提升至96.04%，?效率达90.28%。水分离使精馏热耗降低13%以上，40bar低压条件即可实现热自给。采用CO₂吹扫时，避免H₂减压损失，系统功耗降低47.46%。当膜选择性提升至1000时，大规模系统电耗可再降24.50%。

结论证实：MRs技术能突破热力学平衡限制，通过优化吹扫策略和膜性能，显著提升能效。该研究为可再生能源制甲醇提供了兼具经济性与可扩展性的解决方案，对实现碳中和目标具有重要实践意义。