CH4与CO2重整合成气研究的研究报告.docx

化工技术进展与研究报告 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：0943084137 2：:2009级化学工程与工艺三班，学号：0943084141 3：2009级化学工程与工艺三班，学号：0943084136 4：2009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。同时也有研究表明：即使是同样的活性组分,由于担载量和前驱体的不同,制成催化剂的活性也不尽相同。近来也有研究者发现Mo、W的硫化物和Co、W的碳化物也具有较好的反应活性和抗积碳性能，但该催化剂在常压下失活较快，因此需提高反应压力。【1】 （2）载体 CH4与CO2重整反应的催化剂主要是负载型催化剂，且因为该反应是在高温下进行，所以其选用的载体应有良好的热稳定性。目前,重整催化剂使用的载体包括Al2O3 、MgO、SiO2 、TiO2 、CaO、ZrO2 、稀土金属氧化物以及一些复合金属氧化物(如Al2O3 - MgO、Al2O3 - CaO - TiO2 、Al2O3 - CaO -MgO) 和分子筛等。研究者们对载体的酸碱性和氧化还原性质对重整反应的影响做了大量研究，结果表明：载体的酸碱性影响反应性能主要在于其对CO2的吸附性能的改变；具有氧化还原性能的氧化物为载体制备的催化剂CO 和H2 的收率较低。当然载体的制备方法也会导致催化剂的性能差异，因此载体的选择需要综合考虑。【1】 （3）助剂 在CH4-CO2的催化重整反应中，助剂的作用主要在以下几个方面：①调节催化剂表面酸碱性；②提高活性组分的分散度；③调节活性组分的电子性质。目前常用的助剂有碱金属、碱土金属和稀土金属氧化物。【1】 甲烷与二氧化碳的重整反应对于工业发展和环境治理都具有重大意义，但也有着催化剂“积炭”和“烧结”这两个因素和反应温度高困扰着研究者们将其工业化，积炭与烧结都会导致催化剂失活，因此制备新型、廉价和具有较高催化活性及稳定性的催化剂,是急需解决的问题之一。【4】 二、等离子体技术重整 等离子体是由电子、离子、原子、分子或自由基等高活泼性粒子组成的电离气体,在等离子体的作用下，可以实现甲烷和二氧化碳的重整。如今等离子体重整CH4-CO2的技术日益成熟，可分为以下几种方法：①冷等离子体重整CH4-CO2；②热等离子体重整CH4-CO2。 （一）冷等离子体重整CH4-CO2 热力学非平衡态等离子体中的轻粒子的温度远高于重粒子的温度，而等离子体的温度接近室温，因而也称为冷等离子体。由于产生冷等离子体所需能量很少，并且气体温度与反应器温度上升也很低，避免了反应器材料选择和冷却问题，因此，冷等离子体在重整反应中应用比较广泛。【3】早期用于CH4-CO2重整的冷等离子体主要有电晕放电、介质阻挡放电、微波放电、大气压辉光放电和滑动弧放电。，从成本方面考虑，人们通常避免真空放电而选择大气压下的电晕放电等离子体和介质阻挡放电等离子体。但由于这些放电技术存在放电不均匀、平均电子密度低和反应器难以放大等问题，均没有实现工业化的生产。【7】 （二）热等离子体