大气压等离子体射流重整CH_4_CO_2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。

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。

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。2 负载型技术催化剂2.1 活性组分活性组分见表1。表1 活性组分活性金属担载量%反应温度K1.Al2O3Rh>Pd>Ru>Pt>Ir1823Rh>Pd>Pt>>Ru0.5~1823~973Ir>Rh>Pd>Ru11 050Ni>Co>>Fe9773~973Ni>Co>>Fe101 023Ru>Rh0.5873Ru>Rh0.5923~1 0732.SiO2Ru>Rh>Ni>Pt>Pd1973Ni>Ru>Rh>Pt>Pd>>Co0.58933.MgORh>Ru>Ir>Pt>Pd0.51 073Ru>Rh>Ni>Pd>Pt1973Ru>Rh~Ni>Ir>Pt>Pd1823Ru>Rh>Pt>Pd19134.Eu2O3Ru>Ir1~5873~9735.NaYNi>Pd>Pt2873在实际研究的过程中，甲烷二氧化碳重整制合成气的催化剂一般都会采用除锇外贵金属元素（钌、铑、铱、钯、铂）作为主要的活性组分，表1所示，其中钌、铑、铱催化性能较好，钯、铂次之。贵金属催化剂在甲烷氧化碳的重整反应中表现出了较高的活性，并且其选择性和抗积碳的性能也比非贵金属的性能要好。然而实际生产中，贵金属资源稀缺，价格昂贵，并且要考虑再回收问题，所以我国在实际研究的过程中，对摘　要：近几年随着我国科学技术和经济水平的不断发展和提升，随之而来的环境问题也日益严峻，而二氧化碳则是重要的一环，为此我国政府以及相关工作部门加强了对甲烷和二氧化碳催化重整制合成气的研究力度。在甲烷和二氧化碳催化重整的相关技术取得阶段成果的同时，在反应时涉及的难点部分：催化剂的活性组分、载体的研究以及助剂的研究取得了突破，这体现出对工业发展质量和速度的高度肯定，但重整过程中仍然存在催化剂积碳失活等问题。主要对重整过程进行了综述，对重整过程需要的催化剂活性组分、载体以及催化剂积碳行为进行了介绍，并对制备方法进行了讨论。关键词：甲烷；二氧化碳；催化重整；制合成气；研究进展；工艺技术中图分类号：O643.36；X51 文献标志码：A 文章编号：1003–6490（2019）09–0056–02Research Progress and Technology of Catalytic Reforming of Methane with Carbon Dioxide to Synthetic GasChang HuiAbstract：In recent years，with the continuous development and improvement of science，technology and economy in China，the environmental problems are becoming more and more serious.Carbon dioxide is an important link.Therefore，our government and relevant departments have strengthened the research on catalytic reforming of methane and carbon dioxide to syngas，in methane and carbon dioxide.At the same time，the related technologies of carbon dioxide catalytic reforming have achieved some achievements，and the difficult parts involved in the reaction：the research of active components，carriers and promoters of catalysts have made breakthroughs，which reflects the high affirmation of the quality and speed of industrial development，but the deactivation of catalyst carbon deposition still exists in the process of reforming.And so on.In this paper，the reforming process is reviewed.The active components，supports and carbon deposition behavior of catalysts needed in the reforming process are introduced.The preparation methods are also discussed.Key words：methane；carbon dioxide；catalytic reforming；synthesis gas；research progress；process technology甲烷二氧化碳催化重整制合成气的研究进展和工艺技术常 卉（山西潞安煤基合成油有限公司，山西长治 046000）

光热催化甲烷干重整是一种将温室气体转化为合成气的技术，该技术具有降低能耗和减少积碳的潜力。

光热催化甲烷干重整的核心在于利用光能来促进甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）的化学反应，生成一氧化碳（CO）和氢气（H2），这一过程被称为甲烷干重整反应。这种反应不仅可以将两种重要的温室气体转化为有用的化学品，还能在较低的温度下进行，从而减少传统热催化过程中可能出现的积碳和活性物种烧结问题。

目前，光热催化甲烷干重整的研究主要集中在以下几个方面：

1. 光辅助的热催化：这种方法结合了传统的热催化和光催化，但仍需要在较高的温度下进行（≥550 ℃）。光的加入有助于降低整体的反应温度，从而提高反应效率和减少能耗。

2. 传统光催化：这种方法依赖于光催化剂，如二氧化钛（TiO2），但这些催化剂通常只能被紫外光激发，而紫外光在太阳光中所占比例较小。因此，研究者正在寻找能够利用更广泛光谱的光催化剂。

3. 等离激元光催化：这是一种新兴的技术，它利用金属纳米颗粒的等离激元效应来增强光催化剂对光的吸收。这种方法可以响应更多波段的太阳光，但仍然需要在较高的能量输入下进行。

综上所述，光热催化甲烷干重整是一个有前景的研究方向，它不仅有助于减少温室气体排放，还能生产重要的化学原料。然而，为了实现工业化应用，还需要进一步的研究来解决现有技术的局限性，比如提高光催化剂的效率、降低能量消耗以及开发更稳定的催化系统。