试论天然气--二氧化碳干重整制合成气工艺

黄泽祎

摘 要：本文将立足天然气、二氧化碳，探讨天然气--二氧化碳干重整制合成气的工艺，以期为有识之士提供参考，汇总天然气--二氧化碳干重整制合成气的探索结果，发挥其应用价值。

关键词：天然气;二氧化碳;合成气

我国的经济社会不断发展，科学技术水平显著提升。我国学者对天然气、二氧化碳展开探索，研讨了天然气--二氧化碳干重整制合成气工艺，最终测试发现，天然气--二氧化碳干重整制合成气工艺收获了较好的应用效果，具有非常广泛的应用前景。

1 天然气--二氧化碳干重整制合成气工艺的诞生背景

进入新世纪以来，我国国民经济实现跨越式发展，对资源和环境造成了更大压力。当前我国环境污染问题更加严峻，温室效应更加明显，全球变暖加剧，冰川融化速度加快。究其原因，发现世界范围内排放的二氧化碳量过多，使全球气候不断恶化。经济发展导致二氧化碳排放量逐年增加，如何协调工业发展与二氧化碳合理排放，成为世界关注的重要问题。为了稳定二氧化碳排放量，需要对其进行有效利用。从整体上来看，化石能源正在减少，天然气的应用成为热门话题，天然气转化为合成气，合成高附加值的化工产品，能够提升天然气的应用价值，扩展天然气的应用领域。在环境污染、能源破坏的大背景下，天然气--二氧化碳干重整制合成气工艺的出现具有重大意义：第一，天然气--二氧化碳干重整制合成气工艺能够有效减少二氧化碳的排放量，治理大气污染问题。第二，天然气--二氧化碳干重整制合成气工艺能够形成价值较高的化工产品，发挥天然气的利用价值。在我国科技开发部的大力支持下，我国很多地方都对天然气--二氧化碳干重整制合成气工艺展开了探索，研究了高性能催化剂的制备技术，以期拓展天然气--二氧化碳干重整制合成气工艺的应用范围，推动我国工业化社会的可持续发展。经过试验表明，镍基催化剂在重整反应中的实效性较强，其可以获得高一氧化碳含量较高的合成气。

2 天然气--二氧化碳干重整制合成气工艺

2.1 试验思路

天然气中有大量的甲烷分子，甲烷分子的立体结构比较对称，因此在热力学上比较稳定。如何活化甲烷分子，打破甲烷分子的稳定状态，成为催化领域关注的重中之重。对二氧化碳分子进行分析，发现其中的碳原子为最高氧化价态，在热力学上能量较少。为了实现二氧化碳的转化，需要提供能量，并对其进行活化。活化过程中，可以应用电子输入的方法。二氧化碳分子具有特殊性，因此需要构建催化剂体系。具体而言，天然气--二氧化碳合成气主要有以下三种制取方法，第一可以进行蒸汽转化反应，即使天然气中的甲烷分子和H2O发生反应;第二可以进行部分氧化反应，即使天然气中的甲烷分子和O2发生反应;第三可以进行重整反应，即使天然气中的甲烷分子和CO2发生反应。所应用的方法不同，制取的合成气也呈现出较大的差异性。以第一种方法为例，第一种制取方法会耗费大量能源，催化剂的作用容易实效，且操作难度比较大，对设备提出了较高的精度要求，试验者需要投入较多成本;以第二种方法为例，第二种制取方法同样对设备提出了较高的精度要求，试验者同样需要投入较多成本，并采购一些回收设备、除尘设备等;以第三种方法为例，第三种制取方法所发生的的化学反应比较复杂，除了甲烷分子和CO2发生反应外，CO2可能会和H2发生反应等。但是从整体上来看，第三种方法的应用效果较好，可以实现成本效益的最大化。在应用第三种方法制取合成气时，需要对反应温度进行控制，使反应温度达到800℃。就目前来看，二氧化碳重整反应的催化剂仍然不够稳定，在未来的工业发展过程中，还需要提升催化剂稳定性，解决催化剂的积碳问题。

天然气--二氧化碳干重整研究的活性组分包括贵金属和非贵金属两类，前者包括Pt、Pd等等，后者包括Ni、Co等等。前者催化劑的活性比较强，而且积碳问题并不严重，但是其耗费的成本较多，资源并不容易获取。在分析试验结果时，可以详细参考国外报道。后者催化剂的活性比较弱，而且积碳问题比较严重，但是成本相对较低，得到了国内学者的普遍应用。我国主要应用了镍基催化剂和Co基催化剂，以超过2000℃的耐火金属氧化物作为主料，制取了镍基催化剂。

2.2 结果与讨论

经过试验发现，天然气中的甲烷分子在高温状态下会出现热裂解的情况，当温度在500到600℃之间，并没有出现积碳;当温度在650到700℃之间，出现了轻微积碳;当温度在750到800℃之间，出现了较为明显的积碳。这些数据说明，天然气--二氧化碳干重整试验会出现热裂解积碳。此外，根据试验发现，甲烷空速和催化活性存在密切关系：甲烷的空速越高，催化的活性越差。这是因为空速提高后，反应物与催化剂的接触减少，催化活性相应变差;反应温度和催化活性存在密切关系：反应温度越高，催化活性越好。这是因此反应温度提高后，平衡转化率提高，催化活性增强;反应压力和催化活性存在密切关系：反应压力越大，催化活性越差。这是因为压力增高后，气体分子与催化剂接触更多，后者表面碳浓度增加，导致催化活性被削弱。

3 结论

综上所述，我国的工业社会不断发展，对环境能源造成的压力越来越大，二氧化碳排放量过高、天然气能源量减少，这些都对现代工艺提出要求。天然气--二氧化碳干重整制合成气工艺能够有效解决上述两个问题，因此应该把握其应用路径。

参考文献：

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[2]牛量，于涛，张晓等.甲烷二氧化碳重整制合成气催化剂的研究进展[J].吉林化工学院学报，2018，35（11）：8-13.