光辐照驱动CH4／C02催化重整制合成气

甲烷与二氧化碳重整制取合成气反应的研
究
甲烷和二氧化碳通过重整反应转化为合成气，再经费托反应再进一步转化为各种重要化学品，不仅可以达到天然气高效利用的目的，还可有效减少温室气体排放。

但传统重整反应中的一氧化碳歧化反应和甲烷热裂解容易产生积碳，高温下催化剂烧结/团聚的问题也会导致干重整性能的衰减。

近日，中国科学院福建物质结构研究所功能纳米结构设计与组装院重点实验室谢奎课题组通过固体氧化物电解池将二氧化碳电解(CO2+2e-=CO+O2-)和甲烷氧化(CH4+O2-=CO+2H2+2e-)两个气相电化学转化过程结合，实现了电催化甲烷/二氧化碳制合成气，并明确了CH4/CO2的重整机制。

该研究通过原位调控陶瓷电极维纳尺度金属/氧化物界面结构与组分，获得了复合体系对CH4/CO2气氛的抗积碳性能和高温稳定性，电化学重整CH4/CO2制合成气的原子效率和电流效率高达100%。

相关研究成果发表在Science Advances上。

该研究得到了国家基金重大研究计划（碳基能源转化利用的催化科学）、福建省创业创新人才“百人计划”等的资助。

第34卷第12期2005年12月应　用　化　工App lied Che m ical I ndustryVol .34No .12Dec .2005专论与综述收稿日期:2005210211基金项目:国家自然科学基金和宝钢科学基金联合资助项目(50164002,50574046);云南省自然科学基金资助项目(2004E0012Q );教育部高校博士学科点专项科研基金资助项目(20040674005)作者简介:魏永刚(1977-),男,陕西咸阳人,云南理工大学在读博士研究生,师从王华教授,从事环境调和型能源新技术的研究。

电话:(0871)5153405,E 2mail:t orier@sina .com 甲烷与二氧化碳催化重整制取合成气的研究进展魏永刚,王　华,何　方,辛嘉余(昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南昆明　650093)摘　要:综述了甲烷与二氧化碳催化重整制取合成气的最新研究进展,比较了不同类型的催化剂在重整反应过程中的性能差异,分析了催化剂的积炭过程和重整反应机理,对非常规供能方式进行了阐述,指出了甲烷与二氧化碳催化重整制取合成气的研究方向。

关键词:催化重整;合成气;积炭;反应机理中图分类号:T Q 51 文献标识码:A 文章编号:1671-3206(2005)012-0721-05Progress i n methane cat alyti c refor m i n g with carbon di oxi de to syngasW E I Yong 2gang,WAN G Hua,HE Fang,X I N J ia 2yu(Faculty ofM aterials and Metallurgy Engineering,Kun m ing University of Science and Technol ogy,Kun m ing 650093,China )Abstract:The latest p r ogress of methane catalytic ref or m ing with carbon di oxide t o syngas is revie wed .The perf or mance difference a mong catalysts in the ref or m ing reacti on p r ocess is compared .The p r ocess of carbon depositi on of catalysts and ref or m ing reacti on mechanis m are analyzed,and non 2conventi onal means of supp lying energy are described .Finally the devel opment trend of methane catalytic ref or m ing with carbon di oxide t o syngas is pointed out .Key words:catalytic refor m ing;syngas;carbon depositi on;reacti on mechanis m 甲烷是煤层气和天然气的主要成分,随着石油资源的日益枯竭,储量丰富的天然气资源将成为最具希望的替代能源之一。

工艺与设备化 工 设 计 通 讯Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications·56·第45卷第9期2019年9月随着经济水平和科学技术不断的发展，我国的工业水平也得以不断的提高和强大。

但是在工业生产的发展过程中，能源问题成为制约发展最为关键的因素。

甲烷和二氧化碳作为两种主要的温室气体，它们的化学利用是一条非常好的节能减排途径，能够缓解当前日益严重的温室效应。

1 甲烷二氧化碳催化重整制合成气的工艺技术甲烷在实际化工过程中的利用主要可以分为两个部分。

首先它可以直接转化：甲烷可以发生氧化反应，生产乙烯等一些重要的化工基本的原料。

但是因为甲烷分子结构比较特殊，非常的稳定，所以它在发生氧化反应的过程中对反应的条件非常的苛刻，目前的技术手段下，没有办法大规模应用。

第二种就是间接转化，可以将甲烷先转化成合成气，然后再转化成某种化工产品。

生产过程中也可以通过一系列的反应来生产比较重要的化工产品。

在目前的发展阶段中，完成规模化的生产甲烷制成合成气有三种办法：通过水蒸气来进行催化重整、进行甲烷的部分氧化、二氧化碳的重整。

这三种模式在实际操作的过程中，最为基本的理论都是要提供一些还原性的物质。

二氧化碳重整制成合成气的方法较其他两种方法相比具有一定的优点。

首先通过这种方法制成的合成气具有较低的氢碳比，这样的比例可以使得在实际反应过程中直接作为合成的原料，这样就可以弥补在实际制成合成气过程中的一些不足。

其次就是生产过程中使用了甲烷和二氧化碳这两种对地球温室效应影响大的气体，可以有效地改善人类的生存环境，提高人们生活的质量。

还有就是甲烷和二氧化碳的催化重整，在实际反应过程中是具有较大反应热的可逆反应，所以它可以作为能源的储存介质。

这样就可以使得甲烷和二氧化碳这样的惰性气体能够在一定程度上实现活化来进行相应的转变。

近几年以来，人们对重整过程中催化剂的选择给予了高度的重视，并且在催化剂助剂、催化剂积碳行为以及催化反应理论等方面都取得了一系列的成果。

《Ni基双金属催化的CH4-CO2重整反应中积碳问题的研究》篇一Ni基双金属催化的CH4-CO2重整反应中积碳问题的研究一、引言近年来，能源问题成为了全球范围内广泛关注的热点话题。

甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）作为两种主要的温室气体，在工业过程中得到大量排放和积累。

通过甲烷与二氧化碳的重整反应（也称为干重整），可以有效地将这两种温室气体转化为合成气（H2和CO的混合物），并同时减少其在大气中的浓度。

在此过程中，Ni基双金属催化剂因其高效的催化活性和成本效益被广泛研究与应用。

然而，重整反应过程中出现的积碳问题一直制约着其工业化应用。

因此，研究Ni基双金属催化的CH4/CO2重整反应中的积碳问题，对提高反应效率和催化剂稳定性具有重要意义。

二、积碳问题及其影响在Ni基双金属催化的CH4/CO2重整反应中，积碳现象是由于未完全反应的碳源物质在高温和还原环境下发生沉积所致。

这些沉积的碳颗粒会覆盖催化剂表面，阻塞活性位点，降低催化剂的活性，甚至导致催化剂失活。

此外，积碳还会引起催化剂的物理结构变化，如孔道堵塞、比表面积减小等，进一步影响催化剂的性能。

因此，积碳问题严重制约了CH4/CO2重整反应的工业应用。

三、积碳问题的研究进展针对Ni基双金属催化的CH4/CO2重整反应中的积碳问题，研究者们进行了多方面的研究。

首先，从催化剂的角度出发，通过改变催化剂的组成和结构来抑制积碳的形成。

例如，引入其他金属元素形成双金属或多金属催化剂，如Ni-Ce、Ni-Cu等，这些催化剂可以通过改变电子结构和表面性质来提高抗积碳能力。

其次，从反应条件的角度出发，优化反应温度、压力和气氛等参数，以降低积碳的形成速率。

此外，还有研究者通过添加助剂或使用特殊的催化剂载体来改善催化剂的抗积碳性能。

四、积碳问题的解决方法针对积碳问题，研究者们提出了多种解决方法。

首先，通过优化催化剂的制备方法，如采用共沉淀法、浸渍法等制备工艺，来控制催化剂的形貌、粒径和孔结构等，从而提高其抗积碳性能。

CH4-CO2重整反应镍钴双金属催化剂性能研究开题报告一、研究背景CH4-CO2重整反应是将甲烷和二氧化碳通过催化剂转化为一氧化碳和氢气的反应，是一种高效、低成本、清洁的合成气生产方法，具有广阔的应用前景。

其中，催化剂的研究与开发是关键技术之一，催化剂的性能直接影响反应的效率和选择性。

目前，Ni-Co双金属催化剂因其优异的催化性能和较低的成本受到广泛关注。

然而，催化剂的结构特征和催化反应机理的研究尚未深入探究，需要进一步的研究。

二、研究内容和方法1. 研究内容本研究旨在通过合成和表征Ni-Co双金属催化剂，探究其在CH4-CO2重整反应中的性能和机理，并优化催化剂的性能和稳定性，具体研究内容包括：（1）合成Ni-Co双金属催化剂并表征其结构和物理化学性质。

（2）研究催化剂在CH4-CO2重整反应中的催化性能，比较不同Ni/Co比例和催化剂负载量对反应性能的影响。

（3）探究催化剂的催化机理和反应路径，通过反应过程的原位表征技术和理论计算方法进行深入研究。

（4）优化催化剂的结构和组成，提高其催化性能和稳定性。

2. 研究方法本研究将采用以下研究方法：（1）催化剂的制备：采用共沉淀法、溶胶-凝胶法等方法制备Ni-Co 双金属催化剂，并通过XRD、SEM、TEM、XPS等手段表征其结构和物理化学性质。

（2）催化剂的性能测试：采用固定床反应器进行CH4-CO2重整反应，分析CO和H2的产物比例、反应温度和压力的影响，比较不同Ni/Co比例和催化剂负载量的催化性能。

（3）机理与理论研究：通过催化剂的原位表征技术，如原位红外光谱、原位X射线吸收光谱等手段，研究催化过程中的反应机理和反应路径；同时采用密度泛函理论方法对催化反应进行理论计算，得到反应路径和催化机理。

（4）催化剂的优化：通过调控催化剂的结构和组成等方法，优化催化剂的性能和稳定性，提高其催化性能。

三、预期结果和意义本研究预期可以得到以下结果：（1）成功合成Ni-Co双金属催化剂并表征其结构和物理化学性质。

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202210341662.X(22)申请日 2022.04.02(71)申请人 湘潭大学地址 411105 湖南省湘潭市雨湖区羊牯塘(72)发明人 周继承　付浪　罗文星　赵兴星　张依　(74)专利代理机构 长沙欧诺专利代理事务所(普通合伙) 43234专利代理师 欧颖　陈伟华(51)Int.Cl.C01B 3/40(2006.01)B01J 29/03(2006.01)B01J 37/02(2006.01)B01J 37/03(2006.01)(54)发明名称一种甲烷干重整反应制备合成气的方法及其催化剂(57)摘要本发明提供一种甲烷干重整反应制备合成气的方法。

所述方法包括，在甲烷干重整反应条件下，使原料甲烷和二氧化碳与催化剂接触，生产主要产物为H 2和CO的合成气，所述催化剂包括复合载体以及负载在所述复合载体上的活性金属组分，所述复合载体为ZrO 2/SBA ‑15，所述活性金属组分为镍，记为Ni/@‑ZrO 2/SBA ‑15催化剂；其中，所述载体ZrO 2/SBA ‑15中的ZrO 2通过浸渍法以单层形式或多层形式平铺在载体SBA ‑15分子筛上并形成半导体膜层，所述催化剂Ni/@‑ZrO 2/SBA ‑15中的活性组分镍通过沉淀法负载在所述半导体膜层上。

本发明提供的方法在低温的条件(低于700℃)下反应，原料的转化率较高，且催化剂具有好的稳定性。

权利要求书2页 说明书7页 附图2页CN 114620686 A 2022.06.14C N 114620686A1.一种甲烷干重整反应制备合成气的方法，其特征在于，所述方法包括，在甲烷干重整反应条件下，使原料甲烷和二氧化碳与催化剂接触，生产主要产物为H2和CO的合成气，所述催化剂包括复合载体以及负载在所述复合载体上的活性金属组分，所述复合载体为ZrO2/SBA‑15，所述活性金属组分为镍，记为Ni/@‑ZrO2/SBA‑15催化剂；其中，所述复合载体ZrO2/SBA‑15中的ZrO2通过浸渍法以单层形式或多层形式平铺在载体SBA‑15分子筛上并形成半导体膜层，所述催化剂Ni/@‑ZrO2/SBA‑15中的活性组分镍通过沉淀法负载在所述半导体膜层上。

ch4-co2干重整法制合成气工艺设计原理CO2干重整法制合成气工艺是一种能够利用低品质固体燃料和CO2资
源制备高品质合成气的先进工艺。

其基本原理是：一方面，通过在适当的条件下将固定碳与CO2反应，
并利用水气转移反应产生的水蒸气进行干重整反应，从而形成一定比例的
H2和CO；另一方面，由于固体燃料中的有机物含氧量较高，因此在干重
整反应中还需要加入适量的水蒸气进行H2O/C重整反应，以保证反应过程
中的氧化还原平衡。

在具体的工艺设计中，需要考虑反应物料的密度、流动性等因素，并
根据不同的物料特性和工艺条件，选择合适的反应方式和反应器类型。

同时，还需综合考虑反应温度、压力、气体比例、催化剂配置等多种因素，
以达到合成气质量的最佳效果。

此外，为了提高工艺效率和竞争力，工艺设计中还应注意节能减排、
资源利用、安全可靠等方面的问题，使得工艺在实际应用中能够达到经济、环保、可持续发展的目标。