甲烷干重整研究进展.pdfVIP

第6期 赵健等：甲烷干重整研究进展 53 甲烷千重整研究进展 赵 健1’2，周 伟2，v，汪吉辉1’2，马建新秒 (1．华东理工大学资源与环境工程学院，上海200237； 2．同济大学新能源汽车工程中心，上海201804；3．同济大学汽车学院，上海201804) 摘要：甲烷干重整既可以天然气为原料，更适合以富含甲烷和二氧化碳的沼气为原料制富一氧化碳合成气或氢气，具有环 境保护与资源利用的双重效益，受到国内外学者越来越多的关注。介绍了国内外学者近年来对甲烷干重整催化剂活性组分、载 体、助剂、制备方法、操作参数、反应机理及积炭等方面开展的研究工作及新的等离子体干重整技术研究取得的进展。 关键词：甲烷；干重整；制合成气；研究进展；催化剂；等离子体；沼气 中图分类号：0“3．3 文献标识码：A 文章编号：100l一9219(2011)06-53-08 合成气是氢气和一氧化碳的混合物，是合成某 些化工常用化合物和环境清洁燃料(如氨、甲醇、醋 为助剂的催化剂对甲烷干重整制合成气具有较好 酸、甲酸甲酯、二甲醚、合成油等)的重要原料。合成 的活性；1965年，吴越译介绍了完整的天然气转化 不同的物质需要不同H√CO比的合成气。比如，合 制合成气反应的热力学计算，并给出了反应(1)不同 成氨气时要求合成气的H／CO体积比为3：1；合成温度下的平衡常数；许峥等根据CH4与COz转化可 甲醇时要求合成气的H√C0体积比为2：1；而合成能包括的化学反应及热力学数据指出，反应(1)是独 醋酸和甲酸甲酯时要求合成气的H／CO体积比为 立的吸热反应，高温对反应有利，且只有￡918K才 1：l。 是热力学上可行的反应，甲烷干重整机理与湿重整 天然气重整是大规模制取合成气或氢气采用 和部分氧化机理类似【3】。 的主要技术路线，并且具有成本低和环境友好的优 甲烷干重整因具有如下的优点而受到越来越 点。重整方法主要有湿重整、干重整、部分氧化重整 多的关注：(1)甲烷和COz原料来源广泛，如全球大 和自热重整等。其中甲烷湿重整是传统的制氢方 力发展可再生的生物天然气(沼气)含约60％甲烷 法。 和40％COz，其重整制合成气的实质即是甲烷干重 随着石油资源的日益枯竭和环境保护及调整 能源结构力度的不断加大，研究者们发现甲烷干重 取氢气，缓解两者引起的温室效应，减轻大气环境 整是一种具有良好应用前景的制合成气工艺。甲烷 污染；(3)相比于湿重整和部分氧化重整，它可节省 干重整主要决定于以下两个反应式，其中反应式(1) 一半左右的甲烷嗍；(4)其产生的合成气中H2，CO体 为主反应，同时伴随着副反应逆水汽变换，即反应 积比≤1，特别适合作为羰基合成及费托合成的原 式(2)，导致H2，C0体只比小于1： 料同；(5)甲烷干重整反应是具有较大反应热的可逆 CH4+C02-+2C0+2H2，△日螂K=247．3I【J，mol (1) 反应，可以作为能量存储和传输介质网。 C02+H2—+C0+H20，△日蠲K=40．96kJ／mol (2) 甲烷干重整的主要缺点是催化剂稳定性差、易 早在1928年【”，就有了关于甲烷干重整的研究。 结炭而失活，甲烷转化率受重整反应热动力学的限 1988年圆，Fischer和Tropsch又发现在1033K一 制，反应温度高和对反应器材质要求高等。所以，如 何提高催化剂的抗积炭能力和低温活性等成为甲 收稿日期：2011一04—04；基金项目：同济大学汉高基金教席 烷干重整能否工业应用的关键。近年来，国内外针 (081591)，节能与环保