系统层面的低碳环氧乙烷生产路径的综合技术经济与环境评估

《Chinese Journal of Chemical Engineering》：System-level integrated techno-economic and environmental assessment of low-carbon ethylene oxide production pathways

　　

谢文杰|姜鹏|邱月峰|李静文|穆拓|穆丽文|季圆辉|林涵|卢晓华|朱家华

摘要

环氧乙烷（EO）是一种广泛使用的化学中间体，具有很高的工业需求。目前，其生产主要依赖于传统的直接氧化工艺，该工艺依赖化石能源和碳资源，并会产生大量的二氧化碳（CO₂）排放。我们首次提出了一种经济可行且低碳的替代工艺，该工艺利用绿色电力在原位（in situ）条件下将氧气和水转化为过氧化氢，进而用于环氧乙烷的合成（即EP工艺）。作为对比，我们也对基于化石资源的传统直接氧化工艺（CP）和蒽醌基氧化工艺（AOCP）进行了建模。从能耗、技术经济性能（TEA）和生命周期环境影响（LCA）三个方面对这三种工艺进行了系统评估。与CP和AOCP相比，EP工艺的环氧乙烷生产成本为908.04美元/吨（USD·t^?1），碳足迹为0.862千克/千克（kg·kg^?1（CO₂e/EO）），成本降低了10%至20%，碳排放量减少了80%。进一步将电化学二氧化碳转化为乙烯的反应（ECR）与EP工艺结合使用，可以进一步降低对化石碳的依赖，使环氧乙烷的生产成本降至818.80美元/吨（USD·t^?1），同时实现碳排放量为负值（-4.276千克/千克（CO₂e/EO））。这些结果表明，由绿色电力驱动的ECR-EP系统不仅具有经济可行性，还具有显著的碳减排潜力。