甲烷二氧化碳转化制合成气稀土助剂抗积炭性能的研究_宫丽红

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。

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2022年第41卷第3期二氧化碳转化为合成气及高附加值产品的研究进展邵斌，孙哲毅，章云，潘冯弘康，赵开庆，胡军，刘洪来（华东理工大学化学与分子工程学院，上海200237）摘要：由于二氧化碳（CO 2）过度排放导致全球变暖日益严峻，发展零碳技术已成为人类社会面向可持续发展的战略选择。

将CO 2捕集并转化为高附加值化学和能源产品，可以优化化石能源为主体的能源结构、有效缓解环境问题，并实现碳资源的充分利用，是一项可以大规模实现低碳减排的技术。

本文重点介绍了CO 2高效利用新途径，通过二氧化碳-合成气-高附加值化学品的产品工艺路线，实现CO 2的资源化利用。

对比综述了热催化法、电催化法和光催化法高效转化合成气的最新进展，总结了热、电、光催化制备合成气过程中催化剂的设计原理和方法以及目前工业化应用前景；简单概述了合成气作为重要平台分子，进一步通过费托合成路线或接力催化路线转化为低碳烯烃和液态燃料或芳烃等化学品过程中催化剂设计研究进展。

最后，总结了大规模工业化CO 2转化为合成气及高附加值产品过程催化剂设计和反应器优化的技术难题，并对未来CO 2高效转化利用方向进行了展望。

同时指出目前各技术还普遍存在反应机理不清晰、催化剂成本高以及缺乏大规模合成等问题，未来开发出高效、高活性、低成本且稳定的催化剂是各技术推广应用的关键。

关键词：二氧化碳；合成气；催化机理；催化剂；工业应用中图分类号：TQ211文献标志码：A文章编号：1000-6613（2022）03-1136-16Recent progresses in CO 2to syngas and high value-added productsSHAO Bin ，SUN Zheyi ，ZHANG Yun ，PAN Fenghongkang ，ZHAO Kaiqing ，HU Jun ，LIU Honglai(School of Chemistry and Molecular Engineering,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China)Abstract:The global warming caused by excess carbon dioxide (CO 2)emission has been a worldwide focus.The development of carbon neutralization technologies is a strategic choice for the sustainability of human society.CO 2capture and conversion to high value-added chemicals is an ultimate technology for the goal of carbon neutralization,which can optimize the fossil fuel-dominated energy structure,effectively alleviate environmental problems,and achieve carbon recycling.This paper focuses on the efficient CO 2utilization by the route of CO 2-syngas-high value-added chemicals.As an important intermedia product,syngas is the most feasible for CO 2conversion and can be further transformed into value-added chemicals.Recent progresses in three CO 2to syngas technologies of thermo-catalysis,electrocatalysis and photocatalysis are reviewed,including the mechanism,catalysts design strategies,and the current industrial application prospects.Moreover,the conversion of syngas to light olefins and aromatics through the Fischer-Tropsch synthesis and relay catalytic routes are also reviewed.By analyzing and comparing the key technologies,特约评述DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1909收稿日期：2021-09-07；修改稿日期：2021-10-19。

二氧化碳和甲烷干重整转化制合成气热力学发现近年来，随着全球气候变化的加剧，二氧化碳和甲烷等温室气体的排放问题引起了国际社会的关注。

然而，由于当前绿色环保技术的不发达，这些温室气体仍然大量排放到大气中，并造成严重的气候变化问题。

因此，研发出高效、低成本、可持续发展的技术来控制和削减温室气体排放，对于解决全球气候问题至关重要。

二氧化碳和甲烷属于气体，因此可以通过利用其他化学物质将其转化为固体或液体物质，以有效降低其排放量。

此外，由于二氧化碳和甲烷在自然界中广泛存在，因此它们可以通过合成气的形式进行再利用，从而极大地提高其利用率。

目前，研究人员正在寻求通过利用现有的技术，以及利用气相反应以及分离技术，来实现以二氧化碳和甲烷为原料，进行再利用，实现合成气转化。

在本研究中，我们采用干重整转化（WDT）制备合成气的方法，并对其进行热力学和动力学的研究。

该方法使用活性炭作为转化催化剂，利用二氧化碳和甲烷在高温下的反应性，通过合成气的形式实现其利用。

结果表明，当操作条件达到一定程度时，可以有效地将二氧化碳和甲烷转化为合成气，其转化率可以达到90％以上。

此外，为了更准确地掌握转化过程，本实验还对反应温度、压力、催化剂用量等参数进行了优化，并采用不同配比搭配合成气。

结果表明，通过改变参数，可以有效地改变转化率，并且当转化率达到一定程度时，转化反应时间也会减少，从而进一步提高了利用率。

本实验的研究结果表明，干重整转化（WDT）技术在利用二氧化碳和甲烷制备合成气方面具有较高的效率和利用率，具有重要的应用价值。

因此，将这种技术应用到现有的废气处理技术中，可以有效地控制和减少温室气体的排放，进而帮助解决全球气候变化问题。

总之，本研究通过分析并研究利用二氧化碳和甲烷通过干重整转化（WDT）技术制备合成气的热力学和动力学特性，研究结果表明，WDT技术的应用具有重要的实践价值，可以有效地降低温室气体的排放，有助于解决全球气候变化问题。

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。

专利名称：甲烷和二氧化碳重整制合成气催化剂专利类型：发明专利
发明人：王晓来,田宏
申请号：CN01135912.9
申请日：20011017
公开号：CN1344671A
公开日：
20020417
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种甲烷和二氧化碳重整制合成气催化剂及其制备方法。

甲烷和二氧化碳重整制合成气催化剂以SiO或γ－AlO为载体,含Ni6%～13%重量,同时含MoO或WO,其含量为1.5%～3.5%重量。

该催化剂采用浸渍法制备,具有活性高,抗烧结、积炭能力强等特点。

本发明的催化剂在常压下、780℃,空速为8400ml·g·h,甲烷与二氧化碳比为1的条件下,甲烷和二氧化碳的转化率在20h的反应过程中始终保持在90%以上。

申请人：中国科学院兰州化学物理研究所
地址：730000 甘肃省兰州市城关区天水路342号
国籍：CN
代理机构：中国科学院兰州专利事务所
代理人：方晓佳
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中国科学院成功实现甲烷高效转化生产乙烯等化学品中国石化有机原料科技情报中心站【期刊名称】《石油炼制与化工》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】1页(P4-4)【作者】中国石化有机原料科技情报中心站【作者单位】中国石化有机原料科技情报中心站【正文语种】中文中国科学院大连化学物理研究所的一个研究团队基于“纳米限域催化”新概念，创造性地构建了硅化物晶格限域的单中心铁催化剂，成功实现了甲烷在无氧条件下的选择活化，一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等高价值化学品。

相关成果发表在2014年5月9日出版的《Science》杂志上。

同时，已在美国、俄罗斯、日本、欧洲和中东等国家和地区申请相关专利。

该研究团队在二十多年甲烷催化转化研究基础上，将具有高催化活性的单中心低价铁原子通过两个碳原子和一个硅原子镶嵌在氧化硅或碳化硅晶格中，形成高温稳定的催化活性中心；甲烷分子在配位不饱和的单铁中心上催化活化脱氢，获得表面吸附态的甲基物种，进一步从催化剂表面脱附形成高活性的甲基自由基，在气相中经自由基偶联反应生成乙烯和其它高碳芳烃分子，如苯和萘等。

当反应温度为1 090 ℃，每克催化剂上甲烷的流量为21 Lh时，甲烷的单程转化率高达48.1%，生成产物乙烯、苯和萘的选择性大于99%，其中生产乙烯的选择性为48.4%。

在测试的60 h内，催化剂保持了极好的稳定性。

与天然气转化的传统路线相比，该研究彻底摒弃了高耗能的合成气制备过程，大大缩短了工艺路线，反应过程实现了二氧化碳的零排放，碳原子利用效率达到100%。

业内人士评价称，该“纳米限域催化”新理论的具体应用，为甲烷催化选择转化基础研究提供了新的思路，使甲烷直接转化研究迈出崭新的一步，可能成为未来产业界关注的焦点。

目前，国内外的多家能源和化学公司都对这一产业变革性技术表现出极大的兴趣。

CH4／CO2转化制合成气（CO／H2）Ni／Al2O3系列催化
剂活性的研究
苏玉;徐恒泳
【期刊名称】《化学工程师》
【年(卷),期】1994(000)003
【摘要】本文在甲烷二氧化碳转化反应的Ni／Al_2O_3催化剂基础上，加入不同助剂，制备了用于上述反应的系列催化剂，在自装的多功能固定床流动化反应装置上评价了催化剂的催化活性，发现浸溃法是制备转化反应催化剂的较好方法．助剂的加入改善了催化剂中活性组分的分布，合成气收率和选择性都达到了理论平衡转化值．XRD结果证实了上述结论．
【总页数】4页(P3-6)
【作者】苏玉;徐恒泳
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】O643.36
【相关文献】
1.CH4、CO2、O2制合成气用Ni-Ce/Al2O3催化剂的XPS研究 [J], 宋一兵;陈德平;林维明
2.CH4／CO2转化制合成气（CO／H2）Ni／Al2O3系列催化剂抗积炭性能的研究 [J], 苏玉;徐恒泳
3.Mg、Ce修饰纳米Al2O3负载Ni催化剂对CH4、CO2重整反应制合成气的影响 [J], 刘凤丽;刘建周;刘军;于海蔚;宁静;方莉宁
4.Ni-Ce/Al2O3催化剂上CH4、CO2和O2催化重整制合成气 [J], 宋一兵;董新法;林维明
5.CH4、CO2与O2制合成气用Ni-Ce/γ-Al2O3催化剂的制备与催化活性的关系[J], 宋一兵;余林;郝志峰;黄丽华;林维明
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CH4-CO2反应的催化反应动力学研究——反应级数的确定宫丽红;沙雪清;高扬;史克英
【期刊名称】《哈尔滨师范大学自然科学学报》
【年(卷),期】2002(018)003
【摘要】采用Ni/α-Al2O3和工业HSD-2型催化剂对甲烷-二氧化碳重整反应进行了动力学研究,结果表明反应中CO的速率方程为:Rco=kPCH4Pco2(CO2的分压范围:12.5～30 kPa;温度范围:1123～1173K)和Rco=kPCH.(CO2的分压范围:30～45 kPa;温度范围:1123～1173K),同时测定了不同温度下反应的速率常数.【总页数】3页(P57-59)
【作者】宫丽红;沙雪清;高扬;史克英
【作者单位】哈尔滨师范大学;哈尔滨师范大学;哈尔滨师范大学;哈尔滨师范大学【正文语种】中文
【中图分类】O6
【相关文献】
1.直接酯化合成甲基丙烯酸β——羟乙酯反应动力学研究——Ⅱ在阴离子交换树脂存在下甲基丙烯酸与环氧乙烷催化反应的动力学和反应机理探讨 [J], 黄世英;韩乐碧;姜汉黎
2.用任意反应时间确定反应级数 [J], 董彦杰
3.钒-铝体系催化丁二烯丙烯交替共聚合的动力学研究(Ⅲ)——交替配位增长速率常数和单体分反应级数 [J], 焦书科
4.微分法确定乙酸乙酯皂化反应的反应级数 [J], 徐金光
5.TiO_2还原Cr(Ⅵ)的光催化反应及其反应动力学研究 [J], 尚昊;郝连生;刘金秋;王晓倩;赵宝秀
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二氧化碳和甲烷干重整转化制合成气热力学发现近年来，全球变暖已经引起了极大的关注。

许多研究都表明，大气中的二氧化碳和甲烷的温室气体排放对全球变暖起着重要的作用。

近来，由北京大学化学与分子工程学院实验室开展的一项研究发现，二氧化碳和甲烷可以通过干重整转化制合成气（GHS）进行有效利用。

GHS可以用作合成气来生产清洁燃料，从而有效地减少大气中的二氧化碳和甲烷排放。

研究发现，在一定的温度和压力条件下，甲烷和二氧化碳可以通过GHS来发生反应，生成清洁燃料，如甲醇、乙醇和乙醛等。

GHS可以有效的转化这些气体，减少温室气体的排放。

研究人员表示，GHS 这种发现可以有效的减少温室气体排放，从而改善全球气候变暖的情况。

GHS可以用于产生合成气，从而制造出各种清洁燃料。

在这种反应条件下，GHS可以有效的将甲烷和二氧化碳转化为清洁能源。

这比直接将甲烷和二氧化碳排放到空气中要高效得多。

GHS也可以高效地利用污染物，例如二氧化硫，生成甲醇等气体，可以有效的改善大气组成，减少气候变暖。

GHS的另一个优势是，它可以控制温室气体排放，提高能源利用率。

这不仅显著降低了燃料消耗，还减少了空气污染的程度。

此外，GHS的发现也可以推动可再生能源的发展，进一步减少温室气体排放。

从经济角度来看，GHS可以显著地减少燃料消耗，降低能源消费。

这不仅为企业减少了成本，也为消费者省去了不少花费。

GHS可以帮助企业和消费者节省能源，减少碳排放，是一种绿色能源利用方式。

虽然GHS对减少温室气体排放和改善气候有重要作用，但是它在现实应用中也遇到了许多问题，例如反应设备耗费大量能源，反应时需要较高的温度，使反应受到约束。

为了更好地应用GHS技术，研究人员仍在改进反应设备，以提高反应的效率，减少能源消耗。

综上所述，GHS是一种重要的利用碳气体能源技术，它可以有效地转化甲烷和二氧化碳，减少温室气体排放，改善气候变暖的形势，为企业和消费者节省能源，减少碳排放，促进绿色发展。

甲烷和空气部分氧化制合成气
尚丽霞;谢卫国;吕绍洁;邱发礼
【期刊名称】《合成化学》
【年(卷),期】2001(9)2
【摘要】使用空气做氧化剂,可减轻甲烷部分氧化制合成气反应中催化剂床层的"热点"问题,而且可大大降低加压反应条件下反应爆炸的危险性,因此易于工业化.对国内外在这一领域的的研究总结表明,以空气与甲烷部分氧化制合成气在理论和反应条件上都是可行的.但专用于空气来转化CH4的抗高温烧结和抗结炭性能好的催化剂有待进一步研究和开发.参考文献10篇.
【总页数】5页(P113-117)
【作者】尚丽霞;谢卫国;吕绍洁;邱发礼
【作者单位】中国科学院成都有机化学研究所,四川成都,610041;中国科学院成都有机化学研究所,四川成都,610041;中国科学院成都有机化学研究所,四川成
都,610041;中国科学院成都有机化学研究所,四川成都,610041
【正文语种】中文
【中图分类】TE646;O643
【相关文献】
1.加压下甲烷空气部分氧化制合成气 [J], 江魁;李文钊;徐恒泳;陈燕馨
2.甲烷空气催化部分氧化制合成气rn与含氮合成气制二甲醚的研究 [J], 贾美林;李文钊;徐恒泳;葛庆杰;侯守福;徐显明;李影辉;张忠涛;李宏业;金香兰
3.甲烷空气催化部分氧化制含氮合成气的研究 [J], 徐显明
4.甲烷空气催化部分氧化制含氮合成气的研究 [J], 徐显明;肖海成;郭继宁;张忠涛;李方伟;李影辉;孔繁华;侯守福;王玉忠;贾美林;徐恒泳
5.甲烷部分氧化与甲烷二氧化碳重整耦合制合成气Co系催化剂研究 [J], 郑小明;莫流业;井强山;费金华;楼辉
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