CH4与CO2重整制合成气研究的研究报告

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。

《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Ni 基双金属催化的CH4/CO2重整反应中积碳问题研究一、引言随着能源危机的日益严重，天然气和二氧化碳的转化与利用已成为科学研究的热点。

甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）的重整反应是一种重要的转化过程，其不仅可以提高甲烷的利用率，还可以有效降低二氧化碳的排放。

然而，在Ni基双金属催化的CH4/CO2重整反应中，积碳问题成为限制该技术发展的重要因素。

本文将对Ni基双金属催化剂在此过程中的积碳问题进行深入探讨与研究。

二、CH4/CO2重整反应的基本原理CH4/CO2重整反应是一种将甲烷和二氧化碳在高温、催化剂作用下转化为合成气（H2和CO）的过程。

此过程中，Ni基双金属催化剂因其良好的催化活性和稳定性被广泛使用。

然而，由于反应过程中可能发生的碳沉积，使得催化剂的活性降低，甚至导致催化剂失活。

三、Ni基双金属催化剂的积碳问题积碳是Ni基双金属催化CH4/CO2重整反应中的主要问题。

碳的沉积可能发生在催化剂表面或孔道内，这不仅会降低催化剂的活性，还会影响其选择性。

积碳的形成主要源于甲烷分解产生的碳与催化剂活性组分之间的相互作用。

此外，反应条件如温度、压力、空速等也会影响积碳的形成。

四、积碳问题的研究方法针对积碳问题，研究者们采用了多种研究方法。

包括通过X 射线衍射（XRD）、拉曼光谱、透射电子显微镜（TEM）等手段对催化剂的物理化学性质进行表征，了解积碳的形态和分布；通过改变反应条件如温度、压力等，探究不同条件下积碳的形成情况；通过使用不同的催化剂前驱体或添加助剂来抑制积碳的形成。

五、抑制积碳的策略为了解决积碳问题，研究者们提出了一系列策略。

首先，通过选择合适的催化剂前驱体和助剂，可以提高催化剂的抗积碳能力。

其次，优化反应条件如温度、压力等也可以有效抑制积碳的形成。

此外，通过设计具有特殊结构的催化剂，如多孔结构、高比表面积等，可以增加催化剂的活性位点，提高其抗积碳性能。

甲烷-二氧化碳干重整制合成气文献摘要：1.甲烷- 二氧化碳干重整制合成气的背景和意义2.甲烷- 二氧化碳干重整制合成气的反应原理3.甲烷- 二氧化碳干重整制合成气的催化剂研究4.甲烷- 二氧化碳干重整制合成气的工艺及应用5.甲烷- 二氧化碳干重整制合成气的未来发展前景正文：一、甲烷- 二氧化碳干重整制合成气的背景和意义随着全球能源需求的增长和环境问题的加剧，开发利用清洁能源已成为当今世界的重要课题。

其中，甲烷- 二氧化碳干重整制合成气技术在近年来备受关注。

该技术能够将温室气体二氧化碳转化为具有高附加值的合成气，为我国能源结构转型和环境保护提供了新的技术支持。

二、甲烷- 二氧化碳干重整制合成气的反应原理甲烷- 二氧化碳干重整制合成气是一种通过甲烷和二氧化碳在特定条件下进行反应，生成合成气和水蒸气的过程。

该反应具有较高的热效应，能够在较低的能耗下实现。

反应方程式如下：CH4 + CO2 →2H2 + CO三、甲烷- 二氧化碳干重整制合成气的催化剂研究催化剂是甲烷- 二氧化碳干重整制合成气反应的关键，目前研究较多的催化剂包括金属催化剂、非金属催化剂和复合催化剂。

这些催化剂在反应活性、稳定性和选择性等方面具有不同的优势，但仍存在一定的局限性，需要进一步研究和优化。

四、甲烷- 二氧化碳干重整制合成气的工艺及应用甲烷- 二氧化碳干重整制合成气技术在工艺上主要包括气相反应和催化剂再生两个环节。

目前，该技术已成功应用于多个领域，如合成氨、甲醇、氢气等。

同时，随着技术的不断进步，甲烷- 二氧化碳干重整制合成气在能源、化工和环保等领域的应用前景将更加广泛。

五、甲烷- 二氧化碳干重整制合成气的未来发展前景甲烷- 二氧化碳干重整制合成气技术在未来有望实现大规模商业化应用。

一方面，随着全球气候变化问题日益严重，各国政府对二氧化碳减排的重视程度将不断提高，为该技术提供了政策支持；另一方面，随着技术的成熟和优化，甲烷- 二氧化碳干重整制合成气的成本将逐渐降低，市场竞争力将逐步增强。

CH4与CO2重整制合成气研究的研究报告杨真一 1 ，胡莹梦2，徐艳 3 ，郑先坤4（1：2009级化学工程与工艺四班，学号：09430841372：:2009级化学工程与工艺三班，学号：09430841413：2009级化学工程与工艺三班，学号：09430841364：2009级化学工程与工艺三班，学号：0943084008）摘要：二氧化碳和甲烷既是温室气体的主要组成，又是丰富的碳资源。

在石油资源日益匮乏以及环境问题日益严重的今天，二氧化碳的资源化利用已受到了广泛的关注，二氧化碳与甲烷重整制合成气的方法也越来越多，从传统的催化重整反应到现今受到更多研究的等离子体重整CH4-CO2技术，还有等离子体协同催化剂重整技术，都有大量的研究基础，本文就目前常用的几种甲烷-二氧化碳重整技术进行了调研研究并对热等离子体重整制合成气的实验方法进行了简要说明与探讨。

关键词：甲烷二氧化碳重整合成气研究二氧化碳和甲烷的化学转化和利用对于降低甲烷使用量、消除温室气体等具有重大意义；而合成气又是合成众多化工产品以及环境友好型清洁能源的重要原料。

以天然气和CO2为原料制备合成气，与其他方法相比较，在获得同量碳值的合成气情况下，不仅可以减少天然气消耗量50%，还有利于减排CO2。

目前利用二氧化碳和甲烷重整制备合成气的方法主要有三种：（1）利用催化剂催化重整制合成气；（2）利用等离子体技术重整CH4-CO2；（3）前两种方法的综合利用。

一、催化重整反应在催化剂的作用下，发生CH4与CO2重整的反应。

而其使用的催化剂则为重点研究对象。

（1）活性组分第ⅤⅢ族过渡金属除Os 外均具有重整活性,其中贵金属催化剂具有较高的活性和抗积炭性能，但贵金属具有资源有限、价格昂贵和需要回收的缺点，因此国内研究的大多为非贵金属催化剂，特别是负载型Ni基催化剂和Co基催化剂，或是Ni-Co双金属催化剂，且研究结果表明：双金属催化剂的催化活性和抗积碳性能更优越于单金属催化剂。

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。

高建权：ｃＨ。／ｃ０：催化重整制合成气的研究进展及前景 ［３］
２０１１年１月
叭．％～１４．５叭．％Ｎｉ和７．５９砒．％一１２．９ ｗｔ．％Ｃｏ）
Ｔａｎｇ
Ｓ，Ｊｉ Ｌ，Ｌｉｎ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ｃ０２ ｒｅｆｏ咖ｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ
ｏｖｅｒ
ｔｏ
ｓｙｎ山ｅ．
的催化剂明显失活，有相当多的积碳生成¨“。 Ｂｅｎｇａａｒｄ，等人¨纠研究了用实验和理论研究了吸 附Ｋ的Ｎｉ（１００）和Ｎｉ（１１１）面上ＣＨ。的化学吸附，实 验研究结果显示，Ｋ出现时，ＣＨ。的粘滞概率减少。
ｘＵ
ｓｉ８ ｇａｓ ｍｅｔａｕｉｃ
８０ｌ—ｇｅｌ—ｍａｄｅ Ｎ∥一ｙ・Ａ１２ ０３
ｃａｔａｌｙｓｔｓ ｆｂｍ ｏｒｇａＩｌｏ－
［４］
ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ［Ｊ］．Ｊ Ｃ砒ａｌ，２０００，１９（４）：４２４＇４３０． Ｊ Ｈ Ｋｉｍ，Ｄ Ｊ Ｓｕｈ，Ｔ Ｊ Ｐａｒｋ，ｅｔ ａ１．Ｅｆ玷ｃｔ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ
Ｈ
Ｊ，Ｗａｎｇ Ｈ，Ａ Ｋ Ｄａｌａｉ．Ｅ＆ｃｔｓ ｏｆ ｍｅｔａｌ
ｃｏｎｔｅｎｔ
ｏｎ
ａｃ．
ｔｉｖｉｔｙ粕ｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｎｉ—Ｃｏ ｂｉｍｅｔａｌｌｉｃ ｃａｔａｌｙｓｔｓ ｆｏｒ Ｃ０２
ｍｉｎｇ ｏｆ
ｒｅｆ碡
ｃＨ４［Ｊ］．Ａｐｐｌｊｅｄ
ｃａｔａＪｙｓｉｓ Ａ：Ｇｅｎｅｒａｌ，２００８，３３９：
ｒｅｆｏ珊ｉｎｇ［Ｊ］．ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８，
２７９：１９１３－１９１５． ＺＨＡＮＧ
Ｊ，ＷＡＮＧ Ｈ，Ａ Ｋ ｄａｌａｉ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｔａｂＩｅ ｂｉｍｅｔ—
ａｌ－ｌｉｃ ｃａｔａｌｙｓｔｓ ｆｏｒ

ｃ ａ ｎ ｔ ｌ ｙ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｈｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ｂ ｙ １ ０． ８ ５％ ． Ｂｙ ＸＲＤ ， ｔ ｈ ｅ ｂｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｎｉ ／Ｍｇ Ｏ —Ａ１ ２ ０３ ｉ ｓ ａ ｔ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｉ ｔ ｓ ｈ Ｊ ｇ ｈｅ ｒ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｄ ｉ ｓ ｐ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ， ｓ ｍａ ｌ ｌ ｅ ｒ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ， ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ —
摘
要： 以等离子体还原制 备的 Ｎ ｉ ／ Ａ １ Ｏ ３和 Ｎ ｉ ／ Ｍ ｇ Ｏ—Ａ １ ： Ｏ ，为催 化剂 ， 用 氙灯模 拟 太 阳光 聚光 系统进 行 Ｃ Ｈ 一
ｃ ０ ：重整反 应 ， 并考察其催 化性 能及 能量 转化 效率 ， 实验 结果表明 ， 以等 离子体还 原并加入 Ｍｇ Ｏ助 剂制备 的 Ｎ ｉ ／ Ｍｇ Ｏ— Ａ ｌ ： Ｏ ， 催化剂具有较好的低温催化活性 ， 在温度为７ ４ ０ ￣ Ｃ时 ， ｃ Ｈ ４ 和ｃ ０ ： 的最高转化率分别为８ ３ ｌ ％ Ｉ ， 能量转
Ｓ ｙ ｎｇ ａ ｓ Ｐｒ ｅ ｐａ ｒ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ＣＯ ２ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ＣＨ ４ ｗｉ ｔ ｈ Ｌｉ ｇ ｈ ｔ Ｉ ｒ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇ
Ｘ Ｕ Ｂｉ ｎｇ — ｑ ｉ ｎｇ ，ＺＨＡ ＮＧ Ｘｉ ａ ｏ—ｑ ｉ ｎ ｇ。 ＳＨＡＮＧ Ｓ ｈｕ —ｙ ｏｎ ｇ ’

二氧化碳甲烷重整制备合成气工艺设计随着全球经济的发展和人口的增加，能源需求不断增加，而传统的化石能源已经面临着枯竭和环境污染等问题。

因此，寻找新的能源替代品已经成为了当今世界的重要任务之一。

合成气作为一种重要的化学原料和能源，具有广泛的应用前景。

本文将介绍一种以二氧化碳和甲烷为原料，通过重整反应制备合成气的工艺设计。

一、工艺流程该工艺流程主要包括以下几个步骤：1. 原料准备：将二氧化碳和甲烷按照一定的比例混合，制备成反应物料。

2. 催化剂制备：选择适合该反应的催化剂，并进行制备和活化处理。

3. 反应器设计：根据反应物料的性质和反应条件，设计合适的反应器。

4. 反应过程：将反应物料加入反应器中，通过加热和催化剂的作用，进行重整反应，生成合成气。

5. 分离纯化：将合成气进行分离纯化，得到所需的产品。

二、反应机理该工艺的反应机理主要包括以下几个步骤：1. 甲烷重整反应：CH4 + H2O → CO + 3H22. 水气变换反应：CO + H2O → CO2 + H23. 甲烷水蒸气重整反应：CH4 + H2O → CO + 2H24. 水气变换反应：CO + H2O → CO2 + H2通过以上反应，可以将二氧化碳和甲烷转化为合成气，其中合成气的组成可以根据反应条件进行调节。

三、工艺优势该工艺具有以下几个优势：1. 原料丰富：二氧化碳和甲烷是常见的化学原料，且二氧化碳是一种废弃物，可以有效地减少环境污染。

2. 产品多样：合成气可以用于制备多种化学品和燃料，具有广泛的应用前景。

3. 能源利用率高：该工艺可以将二氧化碳和甲烷转化为高能量的合成气，能源利用率高。

四、工艺应用该工艺可以应用于以下领域：1. 化学工业：合成气可以用于制备甲醇、氨、乙烯等化学品。

2. 能源领域：合成气可以用于制备合成燃料、合成天然气等。

3. 环保领域：该工艺可以将二氧化碳转化为有用的化学品，减少环境污染。

以二氧化碳和甲烷为原料，通过重整反应制备合成气的工艺具有广泛的应用前景和重要的意义。

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。

Page 13
六、助剂
CH4-CO2重整反应常用的助剂有碱金属、碱土金属氧化物(多 采用CaO、MgO和K2O等)[29]和一些稀土金属氧化物(多采用 CeO2、La2O3和混合稀土等)[30-32]。催化剂助剂的作用主要为： 提高催化剂金属活性组分的分散度；调节催化剂表面酸碱性， 改善催化剂对反应气体的吸附能力；抑制催化剂活性组分的烧 结；改变催化剂活性组分与载体的相互作用；提高催化剂的还 原能力，从而影响催化剂对CH4-CO2反应中分子解离性能等。
Page 6
4.2、双金属催化剂
双金属催化剂通常包括贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金 属催化剂通常表现出优异的抗积碳性能。研究表明[19]，Au的 添加能有效地改善Ni/γ-Al2O3催化剂的抗积炭性和稳定性。对 该催化剂进行了表征分析，结果表明：随着Au含量的增加， Au束缚了高活性位的Ni，使催化剂的活性稳定，且增强了催 化剂的抗积炭性能。同样，添加Pt、Ir、Pd等金属也能改善催 化剂的各项性能[20,21]。
Page 15
6.2 稀土氧化物助剂
近年来，稀土氧化物作为助剂被广泛研究。石磊[34]等发现添加 了La2O3助剂的Ni/La2O3-γ-Al2O3系列催化剂在甲烷二氧化碳重 整反应中显示出了优异的催化活性。活性评价在固定床反应器 中进行，考察了CH4-CO2重整反应中稀土助剂La2O3的添加量 对镍基催化剂活性和稳定性的影响。结果表明：La2O3的加入 能够有效地提高Ni基催化剂的活性和抗积炭性能，且延长了催 化剂的使用寿命。若催化剂过多地负载La2O3，反而会降低催 化剂的活性。
Page 5
4.1、单金属催化剂
CH4-CO2重整反应的单金属催化剂以镇基催化剂为主，镍 含量对催化剂活性及稳定性的影响一直是研究重点。 Armin Moniri等[5]将>Ni/α-Al2O3催化剂用于甲烷二氧化碳重整反应， 发现该催化剂活跃温度范围是600℃-900℃。实验表明，5wt.% Ni/α-Al2O3是最活跃的催化剂。Ni加载量超过5wt%会导致Ni分 散度降低，另一方面，Ni过量更容易造成催化剂的结焦失活。 Atiyeh Ranjbar等[6-9]发现7wt.%-8wt.% 的镇含量的催化剂抗积 碳性能最好，镍含量的增加会造成积碳增加。同样，镇基催化 剂的制备方法也对催化剂活性有一定影响，因为不同的制备方 法改变了镇在载体上的分布方式[10-13]，从而改变催化剂的性能 。除以上两个因素以外，镍颗粒大小也对催化活性起着至关重 要的作用[14-17]。实验证明[18]，较小粒径的镍有利于催化反应， 因为镇晶粒尺寸小能延缓结焦，抵抗烧结。

专题15 化学反应原理综合1．[2019新课标Ⅰ]水煤气变换[CO(g)+H 2O(g)=CO 2(g)+H 2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。

回答下列问题：（1）Shibata 曾做过下列实验：①使纯H 2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴Co(s)，平衡后气体中H 2的物质的量分数为0.0250。

②在同一温度下用CO 还原CoO(s)，平衡后气体中CO 的物质的量分数为0.0192。

根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO_________H 2（填“大于”或“小于”）。

（2）721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H 2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H 2的物质的量分数为_________（填标号）。

A ．＜0.25B ．0.25C ．0.25~0.50D ．0.50E ．＞0.50（3）我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用❉标注。

可知水煤气变换的ΔH ________0（填“大于”“等于”或“小于”），该历程中最大能垒（活化能）E 正=_________eV ，写出该步骤的化学方程式_______________________。

（4）Shoichi 研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO 和H 2分压随时间变化关系（如下图所示），催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的2H O p 和CO p 相等、2CO p 和2H p 相等。

计算曲线a 的反应在30~90 min 内的平均速率v (a)=___________kPa·min −1。

467 ℃时2H p 和CO p 随时间变化关系的曲线分别是___________、___________。

489 ℃时2H p 和CO p 随时间变化关系的曲线分别是___________、___________。

＊ 国家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （ ９ ３ 计 划 ） 目 （ ０ ５ Ｂ ２ ２ ２ 和 山西 省 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ０ ５ ０ ０ “７” 项 ２０Ｃ ２１０） ２０１２） １ ）教 授 、 士 生 导 师 ； ）硕 士 生 ， 博 ２ 煤科 学 与 技 术 教 育 部 和 山 西 省 重 点 实 验 室 ， 原 理 工 大 学 ， ３ ０ ４ 太 原 太 ０ ０２ 收 稿 日期 ： ０ Ｏ０ — ０ 修 回 １ ： ０ ００ — ７ ２ １一４１ ； ５期 ２ １ — ６ ２
图 １ 炭 催 化 重 整 反 应 工 艺 流 程
Ｆｉ Ｔｅ ｈｎ ｏｇｃ ｌｆｏｗ ｈａ ｔｏ ｇ．１ ｃ ｏｌ ｉａ ｌ ｃ ｒ ｆＣＨ ４ Ｃ０ ２ｒ ｆ ｍ ｉ ｇ ｗ ｉｈ ｃ ｂｏ ｃ ｏｕｓｃ ｔ ｌ ｓ 一 ｅ ｏｒ ｎ ｔ ａｒ ｎａ ｅ ａａｙ ｔ
８
煤
炭
转
化 表 ２ 重 整 转 化气 组成
Ｔ ａ ｌ Ｒｅ ｏ ｍ ｉｇ ｇ ｓ ｃ ｂｅ２ ｆ ｒ ｎ ａ ｏｍ ｐ ｉｉｎ ｏｓｔｏ
２１ ０ １年
到 ４ ０。 重 整 转 化 气 温 度 由 ６ ０℃ 降 低 到 ４ ０℃ ． ０ Ｃ， ０ ０ 换 热 后 的 原 料 气 进 入 加 热 炉 中 的 原 料 气 炉 管 ， 加 被 热 到 ６ ０ Ｃ． 度 为 ６ ０ Ｃ的 原 料 气 进 入 到 重 整 转 ０ 温 ０ 化 炉 内 进 行 反应 ． 度 为 ２ 温 Ｏ Ｃ的 氧 气 经 过 氧 气 缓 冲 罐 ， 入 氧 气 换 热 器 的 换 热 管 ， Ｌ换 热 器 壳 程 中 的 进 并 ｊ 重整转化 气换 热． 气 温度 由 ２ 。 高剑 ２０ 氧 ０ Ｃ升 ０ Ｃ，

Page 10
5.1 常用的载体
CH4-CO2重整反应需要高温吸热，所以适用于CH4-CO2重整反 应的催化剂载体必须具有良好的热稳定性及合适的比表面积。 目前，常用的载体有Al2O3、SiO2、TiO2、MgO、ZrO2[23,24]， 稀土金属氧化物以及复合氧化物ZrO2- Al2O3、MgO- Al2O3、 ZrO2- SiO2、SiO2-TiO2等[25,26]。
Page 12
5.3 复合载体
除采用单组分为载体外，一些研究者还以多种组分制成复合载 体。刘水刚[28]采用溶胶-凝胶法制备出了Ni/CaO- ZrO2催化剂 ，在CH4-CO2重整反应中，Ni/CaO-ZrO2催化剂表现出较高的 活性，其稳定性也较好。在经连续反应2天后，其催化活性几 乎没有降低。这是由于在纳米催化剂中，Ni颗粒尺寸在反应过 程中没有明显变化，并且催化剂中的碱性组分CaO对CO2的吸 附和解离起到了很重要的作用。Ni/CaO- ZrO2催化剂中的Ni， ZrO2和CaO的颗粒尺寸均在10nm以下，通过透射电镜发现它 们堆积形成了海绵状的介孔结构。
甲烷二氧化碳重整
一、研究背景：
一方面，该过程产生的合成气中H2/CO比约为1 ，是羰基化反应及费托合成的理想原料。
另一方面甲烷重整反应能够同时将两种温室气 体（甲烷和二氧化碳）转化为合成气，减少了 CO2排放，具有环保意义。
而且该过程特别适用于富含CO2的天然气田， 减少了分离CO2带来的费用。
Page 2
Page 18
7.1 溶胶-凝胶法制备催化剂
溶胶-凝胶法是近年来发展起来的一种材料制备方法，该方法 通常在室温条件下进行，且反应过程温和。所以用此方法制备 的催化剂具有很多优点，例如反应温度低、粉体纯度高、均匀 度好、活性成分分散度高等。黎先财[35]以不同的方法制备了 BaTiO3 为载体，再浸渍活性金属镍制备成甲烷二氧化碳重整 反应催化剂，并对其催化活性进行比较。结果表明，相比于其 他制备方法，溶胶-凝胶法制备的催化剂催化活性最高，稳定 性最好。这是由于溶胶-凝胶法制备的NiO/BaTiO3比表面积更 大，且NiO与BaTiO3之间的相互作用力更大，NiO在BaTiO3上 分散度更高，在甲烷二氧化碳重整反应过程中不易造成NiO的 烧结，从而保持了较高的催化活性。

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设计原理是一种利用CO2干重整反应将CO2与甲烷（CH4）合成一氧化碳（CO）和氢气（H2）的工艺。

该工艺原理是将CO2和CH4在适当的条件下加热反应，在催化剂的作用下产生CO 和H2、下面将详细介绍该工艺的设计原理。

1.原料准备：CO2和CH4是该工艺的原料，需要对两种原料进行净化处理，以去除其中的杂质。

将净化后的原料送入反应器。

2.加热反应：将原料送入反应器后，需要对反应器进行加热。

加热的目的是提高原料的反应速率和转化率。

通常反应温度为800-1000℃，可以根据实际情况进行调整。

3.催化剂的选择：催化剂对反应的速率和选择性有着重要的影响。

常用的催化剂有镍基、钴基和铁基等。

催化剂的选择要考虑到催化剂的重新活化和寿命等因素。

4.反应动力学：CO2干重整反应是一个复杂的反应过程，涉及到多个反应步骤。

在设计工艺时需要进行反应动力学的研究，确定反应速率和反应机理。

5.产物分离：CO和H2是该工艺的主要产物，需要对产物进行分离和纯化。

常用的分离方法有吸收、吸附、膜分离和凝固等。

选择合适的分离方法可以提高产物的纯度和回收率。

6.反应废气处理：在反应过程中会产生一些非理想产物和废气，如大量的N2和CO2、这些废气需要进行处理，以避免对环境造成污染。

常见的处理方法有吸收、吸附和催化转化等。

在进行CO2干重整法制合成气工艺设计时，需要综合考虑反应条件、催化剂选择、产物分离和废气处理等因素。

同时还需要根据具体情况进行工艺流程的设计和经济性分析，确定最佳的工艺方案。

总结起来，CO2干重整法制合成气工艺设计原理是利用CO2和CH4进行加热反应，在催化剂的作用下产生CO和H2的工艺。

设计原理包括原料准备、加热反应、催化剂选择、反应动力学、产物分离和废气处理等方面。

设计工艺需要综合考虑各个因素，并进行经济性分析，确定最佳的工艺方案。

甲烷干重整制合成气研究进展摘要：甲烷干重整(DRM)制合成气是一项可同时将CH4和CO2转化为低H2/CO 摩尔比合成气的极具应用前景技术，不仅能有效缓解全球变暖压力，且产品合成气可用作化石能源可持续能源替代品，有助于减少对化石能源的过度依赖。

本文主要介绍了甲烷重整转化制合成气途径，以及不同转化途径的优势和缺陷。

关键字：甲烷干重整；合成气；转化途径1CH4转化途径近年来，考虑到全球变暖等环境问题加剧，人们对温室气体CH4的有效减少以及合理利用越来越关注。

同时，CH4作为最简单的烷烃，还是天然气/页岩气的主要成分，随着天然气/页岩气储层相继开发以来，由于技术、成本限制以及储层地理位置偏僻或搁浅等原因导致大量天然气/页岩气被燃烧，这不仅造成了资源的浪费，还向大气释放了大量温室气体。

为了应对全球气候变化和最大限度地提高有效资源的利用率，CH4的转化利用已成为研究的热点。

其中通过CH4的直接氧化转化可以生产甲醇、甲醛、丙醇、苯和其他芳烃，但所有上述方法的产率都很低，或者在工业规模上不可行[1]。

而CH4重整转化除了合理利用了丰富的CH4资源，其产生的合成气还是化工业中一些能源化学品生产的重要中间体，使通过重整方式进行CH4的灵活利用受到了广泛关注。

目前，CH4重整转化产生合成气的途径主要有以下几种：甲烷蒸汽重整(SRM:)、甲烷部分氧化(POM:)、甲烷干重整(DRM:)和耦合重整。

1.1甲烷蒸汽重整通常情况下，SRM产生的合成气摩尔比理论值为3.0，而费托合成以及甲醇合成所需的合成气摩尔比理论值为2.0，即SRM产生的合成气不适合直接用于费托合成或甲醇合成[2]。

但相对而言，SRM制氢是有较大优势的，并为氨和甲醇合成以及许多炼油厂工业反应提供主要氢源。

同时，由于SRM反应的吸热性质，其过程属于能量密集型，需要投入大量资本。

这导致为了获得更高的氢气产率则需要更高的H2O/CH4比率，使得SRM在能量方面非常不利，并可能导致催化剂失活。

ch4和co2催化重整
CH4和CO2催化重整是一种通过催化剂的作用将甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）转化为合成气（一氧化碳和氢气的混合物）的化学过程。

这种重整反应可以在高温和高压的条件下进行，通常需要使用镍
基或铜基催化剂。

催化剂的存在可以降低反应的起始温度，加速反应
速率，并增加反应产物的选择性。

在催化重整过程中，甲烷和二氧化碳与催化剂表面发生吸附，形
成吸附态。

吸附态的甲烷和二氧化碳分子之间发生反应，产生氢气和
一氧化碳的中间产物。

最后，这些中间产物经过一系列反应转化为合
成气。

CH4和CO2催化重整可被广泛应用于合成气的制备和化学品合成
过程中。

它可以将二氧化碳作为一种废弃物转化为有用的化学品，同
时还可以利用甲烷这种丰富的天然气资源。

然而，这种重整反应仍面临着一些挑战。

首先，催化剂的选择对
于反应效率和选择性至关重要。

其次，反应条件的优化需要考虑催化
剂的稳定性和反应产物的纯度。

此外，二氧化碳的吸附和转化也需要
进一步研究和优化。

总之，CH4和CO2催化重整是一种重要的化学反应，能够将甲烷
和二氧化碳转化为合成气。

通过进一步的研究和开发，这种重整反应
有望在碳循环和可持续发展领域发挥重要作用。

学号:s111402007 姓名：梁捷 2011年12月
目录
1.技 术 背 景 概 述 2. CH4 - CO2催化重整反应热力学
3. CH4 - CO2 重整反应催化剂研究
4. CH4 - CO2重整反应机理研究 5.催化剂失活与对策研究
1.技 术 背 景 概 述
甲烷
（CH4 ） 二氧化碳 （CO2 ）
CH3 ※ +※→ CH2※+H※ CH2 ※ +※→ CH※+H※ CH ※ +※→ C※+H※ OH※+H※→H2O※+※ H2O※→H2O+※
CO2吸附分解反应式
CO2+2※→ CO※+O※
C※+O※→ CO※+※ CO※→ CO+※ H※+H※→H2※+※ H※+O※→OH※+※
5.催化剂失活与对策研究
提高金属活性组分的分散度, 抑制 活性组分的烧结; 改变活性组分与载体的相互作 用, 提高催化剂的还原能力;
助剂的选择
3 （CeO2、La2O3等） 4
稀土金属氧化物
混合稀土
调变金属原子的电子密度, 从而影 响催化剂对CH4、CO2 的分子解 离性能等.
4. CH4 - CO2重整反应机理研究
1
Ni基催化剂基础上提出以下重 整机理
3(CO ※ → CO+※) →
→
→
含 OH ※ +H※→H2O+2※ 氧 物 CHxO ※ +OH※→ CHxO2 ※+H2※ 种 参 CHxO ※ → CO※+(X/2)H2 与
→ →
CH4→ C※+4H※