甲烷的应用研究进展

论文目录

摘要 (1)

关键词 (1)

1甲烷在合成领域的应用 (1)

1.1甲烷的直接氧化制合成气 (1)

1.2甲烷催化裂解制氢 (2)

1.3甲烷部分氧化制合成气 (2)

1.4甲烷/CO2重整反应 (3)

1.5甲烷水蒸气转化 (3)

1.6甲烷自热重整技术 (4)

2甲烷在其它领域的应用 (5)

2.1 甲烷探测仪的开发利用 (5)

2.2 甲烷工艺在工业上的应用 (5)

2.3甲烷传感器研究进展 (5)

3甲烷的研究发展展望 (6)

4 致谢.........................................................................错误!未定义书签。

参考文献 (6)

Application Research Progress Of Methane (7)

字数统计（7721字）

甲烷的应用研究进展

摘要：本文简单介绍了我国天然气资源状况，系统阐述了近些年来其在合成及其它领域的应用研究，主要包括甲烷的直接转化制合成气，催化裂解制氢，部分氧化制合成气，与CO2重整反应，水蒸气转化和自热重整技术；甲烷探测器的研究利用。最后，提出了对甲烷应用研究的展望。

关键词：甲烷转化应用进展

甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分，但含量分布不均，根据我国第二轮油气资源调查评论结果，我国152个沉积盆地和地区的常规天然气资源量(不包括溶解气)为380400亿m3，其中陆上大约占78.60％，海上21.40％。我国天然气资源总量约占世界天然气资源总量的10％[1]，贮藏量占世界第17位，它集中分布在我国中部、西部和海域，埋深超过3500m和自然地理环境恶劣的黄土高原、山地和沙漠的天然气超过了总量的59％[2]。天然气的主要成分是甲烷，是人们生活中的主要燃料，其实甲烷的应用远不止简单的燃烧，它在很多领域都发挥着重要作用，因此对于甲烷应用的研究有着重大意义。

1甲烷在合成领域的应用

甲烷的转化和利用包括以甲烷为原料合成燃料和基础化学品的一切过程，从已有的天然气化工利用技术来看，甲烷的转化包括直接转化和间接转化[3]。

1.1甲烷的直接氧化制合成气

在甲烷的直接氧化利用中，研究较多的技术是甲烷直接氧化制甲醇，甲烷氧化偶联制烯烃等。

甲醇是重要的基础化工产品和化工原料，由甲烷合成甲醇的方法有多相催化氧化法、均相催化氧化法、熔盐氧化法、等离子体转化法、酶催化氧化法和光催化氧化法等[4]。陈立宇等[5]以V2O5为催化剂，在发烟硫酸中进行了甲烷液相选择性氧化的研究工作，考察了V2O5催化剂用量、反应温度、反应时间、发烟硫酸浓度等工艺条件对反应收率的影响，进行了甲烷液相选择性氧化的催化机理探讨和宏观动力学推导。甲烷在部分氧化反应中首先转化为硫酸甲酯，后者进一步水解得到甲醇。甲烷转化率可达54.5％，选择性45.5％。桑丽霞等[6]在固定床环隙反应器中，150℃MoO3-TiO2/SiO2光催化气相甲烷和水合成了甲醇和氢，甲醇的选择性达到了87.3％。

甲烷直接转化制烯烃是天然气直接转化利用中重要的方法之一，在关于制作工艺的研究之外，王凡，郑丹星等[7]在甲烷氧化偶联制烯烃时的热力学平衡限度有了一定研究，其实验结果表明，在甲烷氧化偶联制烯烃体系中，H2、CO的生成相对容易，C2产物（C2H4、C2H6）不容易生成。通过计算，得到了该体系有利于烯烃生成的反应条件，500℃-800℃、1.5MPa、烷氧摩尔比为7。魏迎旭等[8]合成了具有CHA结构的SAPO- 34和具有金属杂原子的MeAPSO-34(Me＝Mn，Co和Mg)分子筛。采用

XRD、XRF和NMR等方法表征了杂原子引人对合成产物的晶体结构、元素组成和骨架配位的影响。合成的分子筛除去模板剂后用于氯甲烷转化制备低碳烯烃的反应，结果发现，杂原子引人的修饰作用对反应的稳定性和产物分布具有重要影响。

1.2甲烷催化裂解制氢

随着环境问题的日益突出，对于其它如氢气等清洁能源的开发利用已经迫在眉睫，而甲烷催化裂解制氢就是一种比较重要的工艺方法。

张志等[9]采用浸渍法制备了Ni/MgO与Ni/O-D(氧化金刚石)催化剂，分别研究了反应温度和空速对甲烷催化裂解转化率的影响，并利用XPS、SEM、EDS等测试技术对催化剂进行了表征。结果表明，33Ni/O-D和41Ni/MgO分别在500与650℃能长时间维持其催化活性，前者在150 min内的甲烷转化率>8％，后者则在120 min内的甲烷转化率>25％；甲烷初始转化率随裂解反应温度升高而增大，但温度过高导致催化剂迅速失活；降低空速有利于提高甲烷的转化率，但却会降低氢气产量；甲烷裂解生成的碳产物形貌取决于载体和催化反应条件，较低温度(500和550℃)下，Ni/O-D 表面的裂解碳呈现出纤维状，在650℃以上则表现为板结颗粒堆积并将Ni完全覆盖，但该温度下的Ni/MgO表面仍能形成碳纤维，并随空速降低存在直径增加的趋势。张志等[10]以氧化金刚石作为催化剂载体材料，选择价格低廉的金属Ni作为活性金属，制备出Ni/氧化金刚石催化剂并进行甲烷催化裂解实验。实验表明Ni负载量越多，催化剂催化活性越高。氧化金刚石作载体的Ni基催化剂在550℃的温度条件下，甲烷催化裂解效率较高，80min内甲烷转化率维持在7％以上；空速对甲烷转化率影响较大，空速越快，转化率越低。指出氧化金刚石将是一种有效的催化剂载体材料。刘唐等[11]利用高活性的纳米Ni/Cu/Al2O3催化剂，在流化床反应器中研究了CH4裂解制备碳纳米管与H2的过程。CH4的转化率受流化床中的操作条件(温度、空速、气速及升温速率等)影响，碳纳米管的形貌也受过程的升温速率影响。在低升温速率下，能够同时得到较高的CH4转化率与形貌较好的碳纳米管。

1.3甲烷部分氧化制合成气

近年来，由于甲烷部分氧化具有投资少、能耗低等优点，使得甲烷部分氧化成为天然气制合成气领域研究的热点。

高晓明等[12]以Ni/Ca-α-Al2O3为催化剂考察了CaO助剂对Ni/α-Al2O3物化性质和甲烷部分氧化制合成气反应性能的影响。结果表明，CaO能抑制NiAl2O4尖晶石的形成，并且增强Ni物种与载体的相互作用。同时，适量的CaO助剂可以提高Ni物种在催化剂中分散度，并且提高利用效率，改性后的催化剂在甲烷部分氧化反应中有较好的反应性能。陈国华等[13]用浸渍法制备了3种不同负载量的Pt/Al2O3催化剂，考察了催化剂的甲烷选择氧化性能，并用程序升温还原技术，程序升温脱附技术以及微型脉冲催化色谱技术对催化剂进行表征。结果表明，随着Pt的负载量升高，甲烷催化氧化的性能也越好，对CO与H2的选择性也越高。其中，在750℃原料气组成CH4/O2