一氧化碳的生物甲烷化研究进展
生物质合成气催化制取甲烷研究进展
生物技术进展２０１７年㊀第７卷㊀第３期㊀１９８~２０２ＣｕｒｒｅｎｔＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀ＩＳＳＮ２０９５￣２３４１进展评述Ｒｅｖｉｅｗｓ㊀收稿日期:２０１６￣０７￣１４ꎻ接受日期:２０１６￣０９￣０７㊀基金项目:江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目(２０１５１２９２００１２Ｙ)ꎻ江苏省 青蓝工程 项目资助ꎮ㊀作者简介:董明ꎬ大学在读ꎬ主要从事生物质高效清洁利用方向的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:５９２８４６４３２＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ∗通信作者:冯飞ꎬ讲师ꎬ博士ꎬ主要从事生物质高值化应用的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｆｎｆａ１９９７＠１６３.ｃｏｍ生物质合成气催化制取甲烷研究进展董㊀明ꎬ㊀冯㊀飞∗ꎬ㊀石㊀岭ꎬ㊀汤㊀俊ꎬ㊀魏㊀龙南京科技职业学院机械技术系ꎬ南京２１００４８摘㊀要:天然气的供需矛盾促使人们去寻找新的天然气资源ꎬ其中利用生物质热化学催化制取生物质基天然气的技术受到了全世界的广泛关注ꎮ而生物质合成气催化制取甲烷是该工艺流程的核心步骤之一ꎮ分别从甲烷化反应器和甲烷化催化剂两个方面阐述了国际上生物质合成气催化制取甲烷的研究现状ꎬ并综述了关于甲烷化催化剂积碳现象的研究进展ꎮ同时分析了目前生物质合成气催化制取甲烷面临的主要问题ꎬ并指明了未来的发展方向ꎮ关键词:生物质ꎻ合成气ꎻ甲烷化ＤＯＩ:１０.１９５８６/ｊ.２０９５￣２３４１.２０１６.００８２ＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎＭｅｔｈａｎｅＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍＢｉｏ￣ｓｙｎｇａｓＣａｔａｌｙｔｉｃＳｙｎｔｈｅｓｉｓＤＯＮＧＭｉｎｇꎬＦＥＮＧＦｅｉ∗ꎬＳＨＩＬｉｎｇꎬＴＡＮＧＪｕｎꎬＷＥＩＬｏｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＮａｎｊｉｎｇＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＩｎｓｉｔｕｔｅꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００４８ꎬＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｓｕｐｐｌｙａｎｄｄｅｍａｎｄｏｆｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｒｏｍｐｔｓｐｅｏｐｌｅｔｏｓｅａｒｃｈｎｅｗｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｎａｔｕｒａｌｇａｓ.Ａｓａｒｅｓｕｌｔꎬｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｙｎｔｈｅｔｉｃｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍｂｉｏｍａｓｓｔｈｅｒｍｏ￣ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｈａｓａｒｏｕｓｅｄｇｒｅａｔｃｏｎｃｅｒｎｓꎬａｍｏｎｇｗｈｉｃｈｔｈｅｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍｂｉｏ￣ｓｙｎｇａｓｃａｔａｌｙｔｉｃｓｙｎｔｈｅｓｉｓｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｓｔｅｐｓ.Ｔｈｅｌａｔｅｓｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｂｉｏ￣ｓｙｎｇａｓｃａｔａｌｙｔｉｃｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎｗａｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｏｎｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎｒｅａｃｔｏｒｓａｎｄｃａｔａｌｙｓｔｓꎬｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎｃａｔａｌｙｓｔｓｗａｓａｌｓｏｄｅｓｃｒｉｂｅｄ.Ｔｈｅｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｏｆｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｂｉｏ￣ｓｙｎｇａｓｃａｔａｌｙｔｉｃｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｔｈｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｗｅｒｅｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｉｎｔｈｅｅｎｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｂｉｏｍａｓｓꎻｓｙｎｇａｓꎻｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎ㊀㊀相较于煤与石油ꎬ天然气在其利用过程中排放出相对较少的ＣＯ２和污染物ꎬ被称之为 低碳能源 ꎬ得到了全世界的推崇[１]ꎮ然而ꎬ天然气是不可再生资源ꎬ全球的蕴藏量有限ꎬ这就带来了严重的供需矛盾ꎬ继而引发了一系列社会㊁经济等问题ꎮ研究者们试图寻找新的天然气源ꎬ其中一条途径就是生物质经由热化学转化制取合成天然气ꎬ又叫生物质合成天然气(ｂｉｏ￣ｓｙｎｔｈｅｔｉｃｎａｔｕｒａｌｇａｓꎬ即Ｂｉｏ￣ＳＮＧ)ꎮ生物质具有资源丰富㊁分布广泛㊁ＣＯ２ 零排放 等优点ꎬ利用生物质还可以获得多种化学原料ꎬ其中包括生物质合成天然气[２]ꎮ生物质热化学气化制取合成天然气的流程包括生物质预处理㊁气化㊁净化与调整㊁甲烷化和气体提质等５个主要步骤[３]ꎮ收集来的生物质原料首先经过破碎㊁干燥等预处理程序ꎬ然后进入到气化反应器中经气化过程转变为气态的产品气ꎮ产品气是富含ＣＯ和Ｈ２的混合气体(即生物质合成气)ꎬ为防止催化剂中毒和后续管道堵塞ꎬ产品气须经过净化以除去其中的固体颗粒物㊁焦油和硫化物等ꎮ有时为提高产品气中的氢碳比(即Ｈ２与ＣＯ的摩尔分数比)ꎬ还需要在进入到甲烷化反应器之前对产品气成分进行调整ꎬ主要方法是水蒸气变换ꎮ在甲烷化反应器中ꎬ生物质合成气在催化剂作用下经甲烷化反应生成富甲烷的混合气体ꎮ最后ꎬ经过气体升级提质ꎬ除去粗甲烷气中的水分和ＣＯ２ꎬ并将其压缩达到城市天然气管网的输送要求ꎮ生物质合成气催化制取甲烷的步骤(即 甲. All Rights Reserved.烷化 )是整个工艺流程的关键技术之一ꎬ关系到整个流程效率ꎬ因此也是研究人员的研究重点ꎮ１㊀生物质合成气催化制取甲烷的研究现状㊀㊀生物质合成气制备甲烷是整个生物质气化制备合成天然气工艺的关键步骤之一ꎮ早在２０世纪中期ꎬ人们通过研究煤气化甲烷化技术就开始对合成气甲烷化有较为深入的认识与研究ꎬ内容涉及到ＣＯ和ＣＯ２的甲烷化机理㊁催化剂制备以及甲烷化反应器设计等方面[４ꎬ５]ꎮ然而ꎬ与煤气化甲烷化不同ꎬ生物质合成气有其自身特点ꎬ比如生产规模小㊁合成气成分复杂等ꎬ因此需要特别考虑和研究ꎮ包括美国㊁荷兰㊁瑞士㊁丹麦等在内的国家都对该过程做了详细的研究ꎬ取得了一定的成果ꎬ部分已经处于商业化的前夜ꎮ生物质合成气甲烷化反应是一个强放热反应和体积缩小的反应ꎬ所以低温和高压有利于甲烷化反应的进行ꎮ同时ꎬ必须将操作温度限制在适当的范围内ꎬ以避免甲烷化催化剂超温烧结和积碳而导致的催化剂失活ꎮ因此ꎬ围绕合成气催化制备甲烷的研究主要涉及到两大方面:甲烷化反应器和催化剂ꎮ１.１㊀生物质合成气甲烷化反应器用于合成气甲烷化的反应器主要包括两大类ꎬ即固定床和流化床ꎮ本质上讲ꎬ两者的区别在于采用何种方式来及时排出由于合成气甲烷化过程中的强放热反应所产生的热量以防止催化剂床层的超温ꎮ与固定床甲烷化技术路线相比ꎬ流化床技术可更有效地释放出反应热ꎬ从而更容易控制反应温度ꎬ因而允许参与反应的有效气体成分的分压高ꎬ无需采用产品气循环就可控制温度[６ꎬ７]ꎮ从商业化应用的角度来看ꎬ在国际上已经取得成功的几个商业化Ｂｉｏ￣ＳＮＧ项目中ꎬ不管是固定床甲烷化反应器还是流化床反应器都同样取得了成功ꎮ丹麦的ＨａｌｄｏｒＴｏｐｓøｅ公司开发了专门用于制取ＳＮＧ的甲烷化催化技术ꎬ命名为ＴＲＥＭＰＴＭꎮ甲烷化反应全部在绝热的固定床反应器中进行ꎬ通过循环工质来将第一个甲烷化反应器中的热量取走ꎬ从而控制其温度ꎮ离开第一个反应器的排气被蒸汽冷却后进入到随后的甲烷化反应阶段ꎮ由于采用了热量回收装置ꎬ大约与２０％的产品气热值相当的反应热可以被回收ꎬ因此该公司声称该技术在利用生物质制取ＳＮＧ方面已经达到了很高的能量利用效率和较低的成本[８ꎬ９]ꎮ欧盟利用奥地利Ｇüｓｓｉｎｇ的８ＭＷ双流化床气化技术而建立的１ＭＷＳＮＧ示范装置是国际上Ｂｉｏ￣ＳＮＧ项目的成功典范之一ꎮ该装置在甲烷化单元中采用的是由ＰＳＩ开发的流化床甲烷化技术ꎬ其操作温度较低(在３５０ħ左右)ꎬ能够处理氢碳比在１~５之间的合成气ꎮ这样可确保甲烷化催化剂的稳定性ꎬ并获得较高的转换效率ꎮＧüｓｓｉｎｇ[１０]的试验表明ꎬＣＯ的转换率高达９８％ꎬ获得的粗甲烷气中甲烷含量达４０％以上ꎮ德国的太阳能与氢气研究中心在其吸收增强气化/重整(ＡＥＲ)工艺中采用的是生物质合成气的固定床甲烷化技术ꎮ该反应器采用商业镍基催化剂作为甲烷化催化剂ꎬ并通过一熔盐的多管式热交换器来维持反应器内的温度ꎮ反应器操作温度较高(５００ħ左右)ꎬ经过反应可获得８１.９％(Ｖ/Ｖ)的甲烷气体[１１]ꎮ总的来说ꎬ固定床甲烷化技术流程较为复杂ꎬ而流化床技术流程相对简单ꎮ固定床反应器的操作温度和压力较高ꎬ而流化床反应器则可在相对较低的温度和压力下实现甲烷化反应ꎬ这有利于延长催化剂寿命㊁降低功耗(表１)ꎮ因此ꎬ流化床甲烷化技术非常适合生物质合成气催化制取甲烷的技术ꎬ也是目前国内外研究的重点ꎮ表１㊀不同甲烷化反应器对比Ｔａｂｌｅ１㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎｒｅａｃｔｏｒｓ.反应器类型技术特点典型应用固定床反应器流程较为复杂ꎬ操作温度和压力较高ꎬ催化剂稳定性相对较差ꎬ功耗较高丹麦的ＨａｌｄｏｒＴｏｐｓøｅ公司的ＴＲＥＭＰＴＭ技术ꎬ德国的太阳能与氢气研究中心流化床反应器流程简单ꎬ操作温度和压力相对较低ꎬ催化剂寿命长ꎬ稳定性好ꎬ功耗低奥地利Ｇüｓｓｉｎｇ１ＭＷＳＮＧ示范装置９９１董明ꎬ等:生物质合成气催化制取甲烷研究进展. All Rights Reserved.１.２㊀生物质合成气甲烷化催化剂在合成气甲烷化过程中ꎬ经常使用到的甲烷化催化剂是负载于氧化物载体上的Ｎｉ㊁Ｒｈ㊁Ｒｕ㊁Ｆｅ和Ｐｄ等过渡金属ꎬ普遍采用的氧化物载体有Ａｌ２Ｏ３㊁ＳｉＯ２㊁ＴｉＯ２㊁ＭｇＯ等ꎮ此类催化剂体系一般的制备工序为:首先经浸渍或共沉淀法将金属盐类负载于载体的表面ꎬ再经烘干㊁煅烧ꎬ最后还原制得催化剂成品[１２]ꎮ此外ꎬ还有一些新颖的甲烷化催化剂ꎬ包括由金属簇合物衍生的负载型催化剂㊁非晶态合金催化剂等[１３]ꎮ上述所有的催化剂中都各有其优缺点ꎮ比如ꎬＲｕ基催化剂低温时的活性最高ꎬ但由于价格昂贵ꎬ故没有太多的工业应用价值ꎻＦｅ基催化剂价格便宜㊁容易制备ꎬ但活性低㊁选择性差㊁易积碳ꎬ操作条件往往在高温高压下ꎬ易生成液态烃ꎬ因此其应用场合越来越少ꎻＮｉ基催化剂活性较高ꎬ选择性好ꎬ反应条件易控制[１４]ꎬ但Ｎｉ基催化剂的主要问题是对硫㊁砷等很敏感ꎬ极少量的硫㊁砷也可能导致Ｎｉ基催化剂发生累积性中毒而失活[１５]ꎮ就Ｎｉ基催化剂而言ꎬ常用的催化剂载体包括ＴｉＯ２㊁Ａｌ２Ｏ３㊁ＳｉＯ２㊁ＺｒＯ２等ꎬＮｉ基催化剂负载在其上时表现的活性高低顺序为:ＺｒＯ２>ＴｉＯ２>ＳｉＯ２>Ａｌ２Ｏ３[１６]ꎮ如果将上述载体混合在一起ꎬ还可获得复合载体ꎮ研究表明ꎬ纯Ａｌ２Ｏ３载体的比表面积小于ＳｉＯ２￣Ａｌ２Ｏ３复合载体的比表面积ꎬ且复合载体活性组分的相互作用较弱ꎮ如果将ＴｉＯ２添加到其他载体中制得复合载体ꎬ该载体的性能也优于单一的载体[１７]ꎮ此外ꎬ研究人员还尝试制备和使用双金属催化剂ꎬ其活性组分多为合金ꎮ由于双金属合金具有特殊的电子效应和表面结构ꎬ因此在合成气甲烷化反应中表现出更优良的活性和选择性ꎮ比如ꎬ王宁等[１８]采用浸渍法制备了Ｎｉ￣Ｆｅ双金属催化剂ꎬ研究发现双金属催化剂的活性大大提高ꎬ表现出很高的ＣＯ甲烷化催化活性ꎮ综合来看ꎬ目前Ｎｉ基甲烷化催化剂由于价格低廉㊁易于获得而被普遍采用ꎮ例如ꎬ丹麦的ＨａｌｄｏｒＴｏｐｓøｅ公司为ＴＲＥＭＰＴＭ工艺技术开发的ＭＣＲ系列甲烷化催化剂以及ＰＫ￣７Ｒ低温甲烷化催化剂等均属于Ｎｉ基催化剂ꎮ这些甲烷化催化剂可在２５０~７００ħ的温度范围内保持高活性和热稳定性ꎬ寿命长达４００００ｈꎬ这些优良特性也为反应热的回收利用带来了极大的便利[１９]ꎮ２㊀合成气催化制取甲烷过程中的积碳研究㊀㊀就合成气甲烷化的催化剂而言ꎬ目前首选的甲烷化催化剂是Ｎｉ基催化剂ꎬ此类催化剂反应条件宽泛㊁活性高㊁选择性好ꎬ但有一个通病是积碳[２０ꎬ２１]ꎮ这是因为甲烷化过程除了生成甲烷ꎬ还伴随有多个副反应:２ＣＯ＝ＣＯ２＋Ｃ㊀㊀ΔＨ＝－１７１.７ｋＪ/ｍｏｌ(１)ＣＨ４＝Ｃ＋２Ｈ２㊀㊀ΔＨ＝７３.７ｋＪ/ｍｏｌ(２)研究表明ꎬ当反应温度超过４５０ħꎬＣＯ歧化积碳反应速率加快ꎮ当反应温度超过７００ħꎬＣＨ４裂解积碳反应速率加快ꎮ积碳反应主要发生在床层入口处和催化剂上部ꎬ生成的碳晶须或聚合碳会沉积在催化剂表面而覆盖其金属活性位ꎬ阻塞催化剂载体的孔道ꎬ使活性组分与载体分离ꎬ不仅造成催化剂的失活ꎬ缩短催化剂寿命ꎬ还会增加催化床层阻力[１５]ꎮ陈宏刚等[２２]认为由于甲烷的分解析碳反应是吸热反应ꎬ所以提高温度会促使反应向正向进行ꎬ即甲烷的分解加剧ꎬ尤其在反应温度大于４５０ħ后ꎬ催化剂性能下降明显ꎬ说明积碳现象严重ꎮ因此ꎬ在高温条件下ꎬ甲烷的分解反应是导致积碳的主要原因ꎮ路霞等[１６]认为合成气在甲烷化过程中在Ｎｉ基催化剂上产生了以单质碳为主要形式的积碳ꎬ这种单质碳比较稳定ꎬ覆盖在催化剂表面ꎬ会导致催化剂孔道堵塞ꎬ影响反应气体在活性中心的吸附ꎬ这也是造成催化剂失活的主要原因ꎮＩｚａｂｅｌａ等[２３]则通过现代化的表征分析方式ꎬ进一步总结这种积碳形式还包括Ｎｉ基碳化物(ＮｉｘＣꎬｘ＝１~３)ꎬ同样影响到催化剂的催化行为ꎮ王鑫等[２４]发现附着的碳颗粒容易堵塞催化剂的孔道ꎬ阻止反应物在活性中心的吸附ꎬ甚至可能破坏载体的结构ꎬ导致催化剂的活性下降ꎮ为了减轻或消除Ｎｉ基催化剂的积碳ꎬ人们也开展了广泛的研究与实践ꎮ例如ꎬ周世新等[２５]考察了Ｌａ２Ｏ３改性后的Ｎｉ/α￣Ａｌ２Ｏ３催化剂ꎬ发现Ｌａ２Ｏ３的加入可以有效提高Ｎｉ在载体上的分散度ꎬ也明显改善了催化剂的抗积碳性能ꎮ郝茂００２生物技术进展ＣｕｒｒｅｎｔＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ. All Rights Reserved.荣[２６]则考察了镧系１４种稀土氧化物对Ｎｉ基甲烷化催化剂积碳的影响ꎬ发现大多数的添加都会使甲烷化催化剂活性提高ꎬ延长寿命ꎬ有效地抑制了积碳ꎮＢａｉ等[２７]研究了煤制合成天然气中工艺条件对Ｎｉ/Ａｌ２Ｏ３催化剂积碳的影响ꎬ结果表明反应温度和氢碳比都会显著影响到催化剂的积碳数量和表面形态ꎬ高压和高空速则有利于消除积碳现象的出现ꎮ３㊀生物质合成气催化制取甲烷存在的问题㊀㊀虽然目前生物质气化制备甲烷技术在国外已经有了一些商业化的示范项目成功运行ꎬ但是总体来讲仍处于起步阶段ꎬ就生物质合成气制备甲烷技术而言ꎬ还存在一些关键问题需要进一步探索和验证:①甲烷化工艺与设备ꎮ现有的合成气制备甲烷技术大多源自煤化工㊁合成氨等行业ꎬ而专用于生物质合成气制备甲烷的技术并没有专门的研究ꎮ煤化工的甲烷化技术通常在高温高压下进行ꎬ而生物质利用规模较小ꎬ适合在常压或低压下进行ꎬ因此反应设备也亟待做相应的改进ꎮ同时ꎬ生物质合成气的成分更为复杂ꎬ现有的甲烷化技术还不能满足生物质合成气制备甲烷的要求ꎮ因此ꎬ亟需开发适合生物质合成气的甲烷化设备和技术ꎮ②催化剂ꎮ现有的生物质合成气甲烷化催化剂大多来自于煤化工行业ꎬ还没有专门用于生物质合成气甲烷化的催化剂(除ＭＣＲ系列和ＰＫ￣７Ｒ催化剂外)ꎬ因此开发适用于生物质合成气甲烷化特点的催化剂显得更加紧迫ꎮ此外ꎬ甲烷化催化剂的高温烧结㊁中毒等问题不容忽视ꎬ在寻找廉价高效的催化剂以及提高催化剂的耐高温性能㊁抗毒性能等方面还需要进一步研究ꎮ③Ｎｉ基催化剂的积碳问题ꎮ生物质的规模较小ꎬ生物质合成气制取甲烷通常在常压或低压下进行ꎬ这往往是Ｎｉ基催化剂容易发生积碳的工艺条件ꎮ而关于生物质合成气甲烷化过程中催化剂积碳的研究则更加少见ꎮ因此ꎬ未来还需对如何减少积碳的发生进行深入研究ꎬ以提高甲烷制取率ꎮ４㊀展望生物质热化学气化制取甲烷技术为人类解决天然气供需问题开辟了新的途径ꎬ然而生物质合成气催化制备甲烷过程还存在诸如亟需开发适用的反应设备和催化剂等问题ꎮ为此ꎬ将来的研究方向主要包括:开发适用于生物质合成气自身特点的低压甲烷化反应器㊁设计并制备专门的新型甲烷化催化剂以提高甲烷化效率㊁增强其抗积碳性能等ꎮ我国具有储量巨大的农林生物质资源ꎬ利用生物质气化制备合成天然气具有广泛的市场前景ꎬ同时对于我国优化能源结构㊁改善生态环境㊁增进农民收入等具有重要的意义ꎮ因此ꎬ我们更应抓住机遇ꎬ加强研究ꎬ为破除生物质合成气催化制取甲烷的瓶颈做出贡献ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]㊀付国忠ꎬ陈超.我国天然气供需现状及煤制天然气工艺技术和经济性分析[Ｊ].中外能源ꎬ２０１０ꎬ１５(６):２８－３４. [２]㊀武宏香ꎬ赵增立ꎬ王小波ꎬ等.生物质气化制备合成天然气技术的研究进展[Ｊ].化工进展ꎬ２０１３ꎬ３２(１):８３－９０ꎬ１１３. [３]㊀冯飞ꎬ宋国辉ꎬ沈来宏ꎬ等.生物质气化制取代用天然气的模拟[Ｊ].生物技术进展ꎬ２０１２ꎬ２(６):４２８－４３５. [４]㊀ＲｏｂｅｒｔＡＤꎬＷａｎｇＹꎬＸｉａＧＧꎬｅｔａｌ..ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣＯｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎｃａｔａｌｙｓｔｓｆｏｒｆｕｅｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].Ａｐｐｌ.Ｃａｔａｌｙ.Ａ(Ｇｅｎｅｒａｌ)ꎬ２００７ꎬ３２６(２):２１３－２１８. [５]㊀ＺｙｒｙａｎｏｖａＭＭꎬＳｎｙｔｎｉｋｏｖＰＶꎬＹｕＩＡꎬｅｔａｌ..Ｄｅｓｉｇｎꎬｓｃａｌｅ￣ｏｕｔꎬａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆａｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌＣＯｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎｒｅａｃｔｏｒｗｉｔｈａｎｉｃｋｅｌ￣ｃｅｒｉａｃａｔａｌｙｓｔ[Ｊ].Ｃｈｅｍ.Ｅｎｇｉｎ.Ｊ.ꎬ２０１１ꎬ１７６－１７７:１０６－１１３.[６]㊀ＫｏｐｙｓｃｉｎｓｋｉＪꎬＳｃｈｉｌｄｈａｕｅｒＴＪꎬＢｉｏｌｌａｚＳＭＡ.ＭｅｔｈａｎａｔｉｏｎｉｎａｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄｒｅａｃｔｏｒｗｉｔｈｈｉｇｈｉｎｉｔｉａｌＣＯｐａｒｔｉａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ:ＰａｒｔⅠ￣Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓꎬｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｅｆｆｅｃｔｓꎬａｎｄｃａｒｂｏｎｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ[Ｊ].Ｃｈｅｍ.Ｅｎｇｉｎ.Ｓｃｉ.ꎬ２０１１ꎬ６６(５):９２４－９３４.[７]㊀ＣｏｕｓｉｎｓＡꎬＺｈｕｏＹꎬＧｅｏｒｇｅＡꎬｅｔａｌ..Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｂｅｎｃｈ￣ｓｃａｌｅｈｉｇｈ￣ｐｒｅｓｓｕｒｅｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄｒｅａｃｔｏｒａｎｄｉｔｓｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｓｔｕｄｙｉｎｇｄｉｖｅｒｓｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｐｙｒｏｌｙｓｉｓａｎｄｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌａｎｄｂｉｏｍａｓｓ[Ｊ].ＥｎｅｒｇｙＦｕｅｌｓꎬ２００８ꎬ２２:２４９１－２５０３.[８]㊀ＲａｓｍｕｓｓｅｎＮＢ.ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｒｅｌｅｖａｎｔｆｏｒｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎｉｎＤｅｎｍａｒｋ[Ａ].Ｉｎ:Ｐｒｏｊｅｃｔ:Ｄｅｔａｉｌｅｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂｉｏ￣ＳＮＧｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｏｔｈｅｒＲＥ￣ｇａｓｅｓ[Ｃ].ＦｏｒｓｋＮＧꎬ２０１２.[９]㊀ＡｈｒｅｎｆｅｌｄｔＪꎬＪøｒｇｅｎｓｅｎＢꎬＴｈｏｍｓｅｎＴ.Ｂｉｏ￣ＳＮＧＰｏｔｅｎｔｉａｌＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ:Ｄｅｎｍａｒｋ２０２０[Ｍ].ＲｉｓøＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙꎬ２０１０.[１０]㊀ＭａｒｔｉｎＣＳꎬＳｃｈｉｌｄｈａｕｅｒＴＪꎬＢｉｏｌｌａｚＳＭＡ.Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄ１０２董明ꎬ等:生物质合成气催化制取甲烷研究进展. All Rights Reserved.ｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎｏｆｗｏｏｄ￣ｄｅｒｉｖｅｄｐｒｏｄｕｃｅｒｇａｓｆｏｒｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｙｎｔｈｅｔｉｃｎａｔｕｒａｌｇａｓ[Ｊ].Ｉｎｄ.Ｅｎｇｉｎ.Ｃｈｅｍ.Ｒｅｓ.ꎬ２０１０ꎬ４９(１５):７０３４－７０３８.[１１]㊀ＫｏｐｙｓｃｉｎｓｋｉＪꎬＳｃｈｉｌｄｈａｕｅｒＴＪꎬＢｉｏｌｌａｚＳＭＡ.Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｙｎｔｈｅｔｉｃｎａｔｕｒａｌｇａｓ(ＳＮＧ)ｆｒｏｍｃｏａｌａｎｄｄｒｙｂｉｏｍａｓｓ￣ａｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｖｉｅｗｆｒｏｍ１９５０ｔｏ２００９[Ｊ].Ｆｕｅｌꎬ２０１０(８９):１７６３－１７８３.[１２]㊀谭静ꎬ王乃继ꎬ肖翠微ꎬ等.煤制天然气镍基催化剂的研究进展[Ｊ].洁净煤技术ꎬ２０１１ꎬ１７(２):４３－４５.[１３]㊀吴浩ꎬ潘智勇ꎬ宗保宁ꎬ等.非晶态Ｎｉ合金催化剂用于低温甲烷化反应的研究[Ｊ].化工进展ꎬ２００５ꎬ２４(３):２９９－３０２. [１４]㊀张成.ＣＯ与ＣＯ２甲烷化反应研究进展[Ｊ].化工进展ꎬ２００７ꎬ２６(９):１２６９－１２７３.[１５]㊀胡大成ꎬ高加俭ꎬ贾春苗ꎬ等.甲烷化催化剂及反应机理的研究进展[Ｊ].过程工程学报ꎬ２０１１ꎬ１１(５):８８０－８９３. 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[２５]㊀周世新ꎬ潘惠芳ꎬ陈廷蕤.Ｌａ２Ｏ３改性Ｎｉ/α￣Ａｌ２Ｏ３催化剂中镍分散度对抗积碳性能的影响[Ｊ].华东石油学院学报(自然科学版)ꎬ１９８５ꎬ４:８９－９６.[２６]㊀郝茂荣.稀土改性Ｎｉ/γ￣Ａｌ２Ｏ３催化剂上甲烷化反应积碳的初步研究[Ｊ].稀土ꎬ１９９７ꎬ１８(６):２２－２４.[２７]㊀ＢａｉＸꎬＷａｎｇＳꎬＳｕｎＴꎬｅｔａｌ..ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎｃａｒｂｏｎｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｖｅｒａＮｉｃａｔａｌｙｓｔｆｏｒｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｙｎｔｈｅｔｉｃｎａｔｕｒａｌｇａｓ(ＳＮＧ)ｆｒｏｍｃｏａｌ[Ｊ].Ｃａｔａｌ.Ｌｅｔｔ.ꎬ２０１４ꎬ１４４(１２):２１５７－２１６６.２０２生物技术进展ＣｕｒｒｅｎｔＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ. All Rights Reserved.。
甲烷化催化剂及反应机理的研究进展
甲烷化催化剂及反应机理的研究进展甲烷化是指将一氧化碳和氢气催化反应生成甲烷的一种反应。
由于甲烷本身是一种重要的化学品和燃料，因此寻找高效的催化剂和研究反应机理受到了广泛的关注。
在过去的几十年里，科学家们在甲烷化催化剂及反应机理的研究方面取得了一系列重要的进展。
本文将对甲烷化催化剂的种类和催化机理进行综述。
一、甲烷化催化剂1、铜基催化剂铜是一种优秀的甲烷化催化剂，其在高温和高压下能够促进CO和H2生成甲烷。
铜催化剂通常由氧化铜和还原剂还原所得。
在铜催化剂中，钠或钾通常是常见的还原剂。
由于其热稳定性和催化活性，铜催化剂被广泛应用于工业上的甲烷化反应中。
钴是另一种常见的甲烷化催化剂元素。
与铜催化剂不同的是，钴催化剂需要在低温和中压下使用。
其具有优异的电化学性能，对于甲烷化反应的催化效果也很好。
钴催化剂通常由镁和钴盐还原所制得。
二、甲烷化反应机理甲烷化反应机理是指在甲烷化反应中，CO和H2分子在催化剂的作用下生成甲烷分子的过程。
目前，科学家们已经清楚地了解了甲烷化反应的一些关键步骤和机理。
以下是甲烷化反应的一般机理：1、CO的吸附甲烷化反应首先需要吸附CO分子到催化剂上，这个过程是通过甲烷化催化剂表面上的铜催化位点实现的。
在这个步骤中，CO分子与催化剂表面的催化位点形成吸附式。
2、氢分子的吸附甲烷化反应的另一个关键步骤是氢分子的吸附。
在催化剂上的氢催化位点中，氢分子吸附并形成吸附式。
3、CO的加氢在甲烷化反应的下一个步骤中，CO分子受到氢分子的加氢作用，生成CH3OH（甲醇）和CO2。
4、CH3OH的解离最后，甲醇分子经过催化剂表面的解离，生成甲烷分子。
这一步骤释放了活性汇集的甲烷分子。
综上所述，科学家们已经发现了甲烷化催化剂的种类和反应机理，进一步促进了甲烷化反应在各个领域的应用。
未来，科学家们还将继续研究新型的甲烷化催化剂和改进现有的催化剂，以进一步提高甲烷化反应的效率和可持续性。
甲烷化催化剂及反应机理的研究进展
甲烷化催化剂及反应机理的研究进展甲烷化催化剂是一种用于将合成气中的一氧化碳和氢气转化为甲烷的催化剂。
甲烷是一种重要的清洁燃料，具有高的热值和低的温室气体排放。
甲烷化的反应机理非常复杂，需要经过多步反应才能完成。
近年来，对甲烷化催化剂及反应机理的研究取得了很大的进展。
下面将从催化剂形态、催化剂组成、反应机理等方面进行介绍。
一、催化剂形态甲烷化催化剂的形态对反应活性和选择性有重要影响。
目前主要有三种形态的催化剂：固定床催化剂、流化床催化剂和烷基化剂。
固定床催化剂一般采用氧化铝或硅灰石为载体，负载有镍或铜和其它金属作为催化剂，其结构形式多样，包括球形颗粒、棒形颗粒、波纹状催化剂和纤维状催化剂等。
其反应活性和选择性较稳定，但是传质限制较大。
流化床催化剂通过流体化床反应器实现催化剂的循环，采用多孔载体复合催化剂，如金属氧化物和Zeolite等，其反应活性和选择性较高，传质限制较小。
烷基化催化剂是一种新型的催化剂形态，可以实现高效的催化转化，其结构具有多级孔道，可以提高反应活性和传质效率。
二、催化剂组成催化剂的组成对反应机理和活性起着决定性作用。
载体：催化剂的载体是促进反应的重要组成部分。
氧化铝是最常用的载体材料之一，其具有良好的热稳定性和耐化学腐蚀性。
硅灰石和MgO等材料具有更高的表面面积和更好的活性。
活性组分：常用的活性组分有镍、铜、铁等。
镍是最常用的活性组分之一，具有良好的反应活性和选择性。
铜一般用于改善反应选择性。
助剂：助剂可以提高催化剂的结构特性，如活性相的分散性和均匀性。
常用的助剂有镁、锆、钕、铋等。
改性剂：由于甲烷化反应的特殊性质，需要进行特殊的改性，常用的改性剂有Pd、Pt、Rh等贵重金属，可提高催化剂的热稳定性和选择性。
三、反应机理甲烷化反应的机理具有复杂性和多样性。
反应的第一步是CO和H2的吸附。
吸附后，CO和H2与催化剂的活性相发生反应生成甲烷和水蒸气。
甲烷的生成通常经过均相反应和异相反应两种途径。
甲烷化技术的研究进展魏立奇
甲烷化技术的研究进展魏立奇发布时间：2021-07-28T08:02:46.870Z 来源：《中国科技人才》2021年第12期作者：魏立奇[导读] 随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，甲烷化是焦炉气制天然气、煤制天然气生产流程的关键步骤，为打破国外技术垄断，国内研究机构积极进行技术开发。
系统梳理了甲烷化技术的国产化研究进展，分析了焦炉气甲烷化技术的应用现状，探讨煤制天然气甲烷化技术的应用前景，并就降低首次工程应用风险提出几点建议。
国内甲烷化技术已经实现广泛开发，焦炉气甲烷化技术成功实现工业化应用，其国内市场占有率高于国外技术。
魏立奇伊犁新天煤化工有限责任公司新疆伊宁 835000摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，甲烷化是焦炉气制天然气、煤制天然气生产流程的关键步骤，为打破国外技术垄断，国内研究机构积极进行技术开发。
系统梳理了甲烷化技术的国产化研究进展，分析了焦炉气甲烷化技术的应用现状，探讨煤制天然气甲烷化技术的应用前景，并就降低首次工程应用风险提出几点建议。
国内甲烷化技术已经实现广泛开发，焦炉气甲烷化技术成功实现工业化应用，其国内市场占有率高于国外技术。
煤制天然气甲烷化技术已成功开发，工业化应用前景广阔，首次工程应用时应注重经验借鉴、安全分析及设备选型等。
关键词：甲烷化；焦炉气；煤制天然气引言天然气是一种清洁能源，使用安全性高，对环境的污染小，对我国大幅削减CO2等温室气体排放具有重要价值。
由于能源资源禀赋呈现“富煤、缺油、少气”的特点，我国一直在积极研究煤制天然气、焦炉气甲烷化以及电转甲烷储能等甲烷化工艺技术，提升天然气自我供给能力。
其中，电转天然气技术（power-to-gas）是解决太阳能、风能发电波动性、随机性的有效方法，也是一种消纳电力系统富余电量的有效方法。
我国三北地区风力、太阳能资源丰富，西南地区的水力资源充足，电转气技术可以充分利用富余的可再生电力，提供跨季节的存储能力和稳定的能源供应，具有良好发展前景。
生物质气化技术研究进展
生物质气化技术研究进展关海滨;张卫杰;范晓旭;赵保峰;孙荣峰;姜建国;董红海;薛旭方【摘要】生物质气化技术是生物质洁净高效利用的重要方法,具有广阔的发展前景.本文综述了近年来国内外生物质气化技术中气化剂气化、热解气化、催化气化、等离子体气化、超临界水气化等方法的研究进展.认为目前生物质气化技术需要重点解决的主要难题是焦油脱除和净化以及高效催化剂的制备,化学法除焦和开发复合型催化剂是解决这些难题的有效方法,生物质气化技术的大规模商业化利用是未来的发展方向.%As one of the important methods of clean and efficient exploitation of biomass, the biomass gasification technology has a broad development prospects.The domestic and abroad advances of biomass gasification technologies in recent years, such as gasifying agent gasification,pyrolysis gasification, catalytic gasification, plasma gasification, ultra supercritical water gasification, etc.were reviewed in the paper.Tar removal and purification, and the preparation of efficient catalysts are regarded as the two biggest obstacles to the biomass gasification, and the removal of tar by chemical method and the development of compound catalysts are suitable solutions to these problems.Finally, the large-scale commercial utilization in certain industries is forecasted to be the main development trend of the biomass gasification.【期刊名称】《山东科学》【年(卷),期】2017(030)004【总页数】9页(P58-66)【关键词】生物质;气化技术;焦油;催化剂【作者】关海滨;张卫杰;范晓旭;赵保峰;孙荣峰;姜建国;董红海;薛旭方【作者单位】山东省生物质气化技术重点实验室,山东省科学院能源研究所,山东济南 250014;山东省生物质气化技术重点实验室,山东省科学院能源研究所,山东济南250014;山东省生物质气化技术重点实验室,山东省科学院能源研究所,山东济南250014;山东省生物质气化技术重点实验室,山东省科学院能源研究所,山东济南250014;山东省生物质气化技术重点实验室,山东省科学院能源研究所,山东济南250014;山东省生物质气化技术重点实验室,山东省科学院能源研究所,山东济南250014;山东省生物质气化技术重点实验室,山东省科学院能源研究所,山东济南250014;山东省生物质气化技术重点实验室,山东省科学院能源研究所,山东济南250014【正文语种】中文【中图分类】TK6生物质能作为太阳能转换和积累的主要形态之一，是一种洁净的可再生能源，是唯一的既有矿物燃料属性，又可储存、运输、转换并较少受自然条件制约的能源。
生物质制氢技术及其研究进展
生物质制氢技术及其研究进展张晖;刘昕昕;付时雨【摘要】在制浆造纸、生物炼制以及农业生产过程中,会产生许多生物质下脚料或废弃物,通过制氢技术可将这些废弃物转化再利用.以生物质为原料来制取氢气具有节能、环保、来源丰富的优点,主要包括化学法与生物法.化学法又细分为气化法、热解重整法、超临界水转化法以及其他化学转化方法.生物法可细分为光解水制氢、光发酵制氢、暗发酵制氢以及光暗耦合发酵制氢.本文对多种生物质制氢方法及原理进行总结,对各种方法的优缺点进行对比,介绍了近年来生物质制氢技术的研究进展,最后对生物质制氢的发展提出展望.【期刊名称】《中国造纸》【年(卷),期】2019(038)007【总页数】7页(P68-74)【关键词】氢气;生物质;气化;热解;发酵【作者】张晖;刘昕昕;付时雨【作者单位】华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640;华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640;华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640【正文语种】中文【中图分类】TS79;TQ51随着制浆造纸、生物炼制产能的提高，工农废弃物排放量逐渐增加。
在制浆造纸中，这些废弃物包括制浆备料废渣、碎浆筛浆排渣、机械分切下脚料以及污水处理产生的富含有机质的造纸污泥[1]。
在农业生产、城市绿化及生物炼制中，同样存在着大量生物质剩余废弃物[2]。
生活中，以木质纤维为原料的用品种类繁多,如纸杯、纸盘、纸基包装等。
这类废弃物虽具备环境友好的特点，但是降解需要时间，将其废弃会对环境产生影响，并造成生物质资源的浪费[3]。
如何将这些废弃物资源化利用是亟待解决的问题。
近年来，以生物质为基础的制氢技术逐步发展，为生物质废弃物的转化利用提供了新途径。
1 氢气及生物质制氢氢气无毒、质轻、燃烧性良好，在传统燃料中热值最高，是公认的清洁能源，其开发利用有助于解决能源危机与环境污染问题，受到研究者们广泛关注[4]。
Ni_Al_2O_3催化剂催化一氧化碳甲烷化反应的研究
浸渍法： 称取一定量的硝酸镍配成浸渍溶液， 等体积浸渍 20 目~40 目γ-Al2O3 载体，静止 5h，在烘 箱中 393K 干燥 8h，在马弗炉中 773K 焙烧 4h。
共沉淀法：按比例称取一定量的醋酸镍和硝酸 铝 溶 解 于 150ml 乙 二 醇 ， 置 油 浴 中 由 室 温 升 至 393K，恒温 0.5h，不断搅拌下滴加 1.22mol/L 碳酸钠 溶液 500ml，生成的 Ni(OH)2 和 Al(OH)3 在母液中老 化 1h， 抽滤并用蒸馏水洗涤至滤液呈中性, 滤饼 393K 烘 干 ，723K 下 焙 烧 4h， 制 得 NiO-Al2O3 催 化 剂，破碎取 20 目~40 目备用。 1.2 催化剂活性评价
1 实验部分
1.1 催化剂的制备 研混法：称取一定量的醋酸镍溶解于 150ml 乙
二 醇 ，置 油 浴 中 由 室 温 升 至 393K，恒 温 0.5h，不 断 搅 拌 下 滴 加 0.2mol/L 碳 酸 钠 溶 液 400ml， 生 成 的 Ni(OH)2 在母液中老化 1h，抽滤并用 蒸 馏 水 洗 涤 至 滤液呈中性, 滤饼在烘箱中 393K 烘干， 在马弗炉 773K 下焙烧 4h，制得α-NiO 前驱体。 按质量百分比 称取一定量的γ-Al2O3， 与α-NiO 一起研成粉体并混 合均匀，挤条成 型 制 得α-NiO/γ-Al2O3 催 化 剂 ，破 碎 取 20 目~40 目备用。
CO选择性甲烷化的研究进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2022年第41卷第1期CO 选择性甲烷化的研究进展纪子柯，包成（北京科技大学能源与环境工程学院，北京100083）摘要：CO 选择性甲烷化被认为是适用于低温燃料电池的、最具发展潜力的CO 深度去除技术，而该技术大规模应用的关键在于高性能负载型催化剂的开发。
本文综述了近些年来CO 选择性甲烷化的研究进展，以催化剂的选取和评判标准为起点，着重论述了CO 和CO 2甲烷化的反应机理、粒径效应以及载体和助剂对催化剂活性和选择性的影响，最后总结了CO 选择性甲烷化的研究并对未来的研究方向进行了展望。
分析表明，选取合适的活性组分负载量以及载体和助剂可以大幅度提高催化剂的CO 甲烷化活性，而通过氯离子改性以及Ru-Ni 双金属的制备来控制金属-载体作用界面则是提高催化剂CO 甲烷化选择性的关键。
指出对甲烷化反应机理的研究和具有长期稳定性催化剂的开发是未来CO 选择性甲烷化研究的重点。
关键词：CO 选择性甲烷化；催化剂；反应机理；活性；粒径效应；载体中图分类号：TQ426；O643.36文献标志码：A文章编号：1000-6613（2022）01-0120-13Research progress of selective CO methanationJI Zike ，BAO Cheng(School of Energy and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China)Abstract:Selective CO methanation is considered as the most promising deep CO removal technology for the low-temperature fuel cells.Furthermore,the key to its wide applications is the development of high-performance supported catalysts.The research progress of selective CO methanation in recent years is reviewed in this article.Starting with the selection and evaluation criteria of catalysts,this article focuse on the reaction mechanism of CO and CO 2methanation,the effects of particle size,supports and promoters on the catalytic activity and selectivity.Finally,the research on selective CO methanation is summarized and future research direction is also prospected.It is concluded that selecting appropriate loading of active components,supports and promoters can significantly improve the activity of the catalyst.However,the metal-support interface can be controlled by the chloride ion modification and the preparation of Ru-Ni bimetal,which plays a vital role in the improvement of the selectivity.The research on the methanation reaction mechanism and the development of long-term stable catalysts will be the focus of future researches.Keywords:selective CO methanation;catalyst;reaction mechanism;reactivity;particle size effects;support质子交换膜燃料电池（PEMFC ）作为一种新型的能量转换方式，因具有能量密度高、工作温度综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0114收稿日期：2021-01-18；修改稿日期：2021-03-30。
一氧化碳甲焥化NiSiC催化剂的研究的开题报告
一氧化碳甲焥化NiSiC催化剂的研究的开题报告
一、研究背景
一氧化碳（CO）是一种有毒气体，在工业生产过程中常常会释放出来，造成环境污染、危害人体健康。
因此，研究一种高效的CO催化氧化剂具有重要意义。
目前，国内外已经有很多关于CO氧化催化剂的研究成果，其中基于NiSiC催化剂的研究已经引起了广泛的关注。
二、研究目的
本次研究的目的是，通过制备一种基于NiSiC催化剂的CO氧化催化剂，并对其催化性能进行研究，探索其CO氧化反应机理，为开发高效的CO氧化催化剂提供新的思路和方法。
三、研究内容
1. 制备NiSiC催化剂
选取适量的Ni和SiC为原料，通过物理混合和化学气相沉积法制备NiSiC催化剂。
2. 对NiSiC催化剂进行表征
借助扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等多种表征手段，分析催化剂的形貌、晶体结构、物相和表面结构等性质。
3. 测试NiSiC催化剂的催化性能
通过气相色谱检测法测试NiSiC催化剂在不同温度、不同CO气体流速下的催化活性，考察反应条件对催化剂活性的影响，并分析催化剂对CO氧化反应的催化机理。
四、研究意义
通过研究基于NiSiC催化剂的CO氧化反应机理和催化性能，可以为开发更高效、更稳定的CO氧化催化剂提供新的思路和方法，具有重要的
科学意义和应用价值。
同时，该研究还可以为改善大气环境、保障人们健康、促进工业发展做出贡献。
煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究进展
煤制天然气甲烷化催化剂及机理的研究进展1. 引言1.1 煤制天然气的现状和意义煤炭是我国主要的能源资源之一，煤制天然气技术是一种重要的清洁能源转化技术。
随着能源需求的增长和环境污染问题的日益严重，煤制天然气甲烷化技术受到越来越多的关注。
煤制天然气是指通过催化剂将煤气中的一氧化碳（CO）和氢气（H2）在高温下催化反应转化为甲烷（CH4），这样可以有效利用煤炭资源，减少二氧化碳的排放，实现清洁能源的生产和利用。
煤制天然气技术不仅可以提高煤炭资源的利用率，减少对天然气的依赖，还可以降低能源生产过程中的环境污染。
煤制天然气技术具有重要的意义和广阔的应用前景。
为了提高煤制天然气甲烷化技术的效率和经济性，研究煤制天然气甲烷化催化剂及机理是非常必要和重要的。
1.2 催化剂在煤制天然气甲烷化中的重要性催化剂在煤制天然气甲烷化过程中起着至关重要的作用。
煤是一种丰富的化石能源资源，但直接利用煤制取天然气需要复杂的反应步骤，其中包括气化、合成气制备和合成甲烷过程。
在这些反应过程中，催化剂的选择和设计直接影响到反应效率和产物选择。
催化剂能够提高反应的速率和选择性，降低反应温度和压力，从而降低生产成本。
煤制天然气甲烷化反应是一个多步骤复杂的反应过程，而催化剂能够促进各个步骤的进行，减少不必要的能量消耗和副反应的产生，提高反应的产物纯度和产率。
催化剂还可以调控反应的产物分布和选择性，实现对目标产品的精确控制。
通过合理设计和优化催化剂的配方和结构，可以有效控制反应的路径和产物的生成，提高甲烷的比例和纯度，减少其他副产物的生成，使生产过程更加经济高效和环保。
煤制天然气甲烷化过程中的催化剂选择和设计至关重要，对提高生产效率、降低生产成本、实现资源利用和保护环境具有重要意义。
随着科学技术的不断发展和催化剂研究的不断深入，相信将会有更多高效、环保的催化剂应用于煤制天然气甲烷化领域，促进相关技术的发展和应用。
1.3 研究目的和意义煤是一种重要的化石能源资源，在能源结构转型和清洁能源发展过程中具有不可替代的地位。
一氧化碳甲烷化反应的研究的开题报告
一氧化碳甲烷化反应的研究的开题报告【题目】一氧化碳甲烷化反应的催化剂开发及反应动力学研究【背景】一氧化碳和甲烷是两种重要的工业原料和燃料。
通过对它们进行反应，可以得到一些高附加值的化合物，如乙烯和苯等。
另外，一氧化碳还可作为还原剂应用于冶金和化学反应中。
当前，一氧化碳甲烷化反应的研究主要集中在催化剂的开发和反应动力学研究方面。
因此，本研究将聚焦于一氧化碳甲烷化反应催化剂的开发及反应动力学研究。
【目的】本研究旨在开发一种高效、稳定的一氧化碳甲烷化反应催化剂，并对其反应动力学进行研究，以提高反应的产率和经济效益。
【研究内容】主要研究内容包括以下几个方面：1.一氧化碳甲烷化反应催化剂的制备：通过温度和气氛控制等方法，制备出高效、稳定、可重复使用的一氧化碳甲烷化反应催化剂。
2.催化剂表征：利用表面分析技术、X射线衍射技术、傅里叶红外光谱技术等方法，对催化剂进行表征，分析其表面组成及结构性质。
3.反应动力学研究：通过实验室中的反应条件下，对一氧化碳甲烷化反应的动力学进行研究，建立反应动力学方程，考察不同反应参数对反应速率的影响。
4.反应机理研究：通过反应热力学、动力学等方面的研究，探究反应的机理和反应途径。
【预期结果】预期结果为：1.成功制备出一种高效、稳定、可重复使用的一氧化碳甲烷化反应催化剂。
2.获得催化剂的表面组成及结构性质。
3.建立一氧化碳甲烷化反应的反应动力学方程，并考察不同反应参数对反应速率的影响。
4.探究反应的机理和反应途径。
【意义】一氧化碳甲烷化反应是一种重要的工业反应，通过本研究可以有效地提高反应的产率和经济效益，为相关工业提供新的思路和方向。
此外，本研究还可促进催化化学的研究和应用，具有广泛的理论和应用价值。
浅谈甲烷化技术在煤制天然气中的应用及进展
浅谈甲烷化技术在煤制天然气中的应用及进展摘要甲烷化技术是煤制天然气的关键技术之一。
本文介绍了国内外甲烷化技术特点和进展关键词煤制天然气；甲烷化技术；固定床反应器；DA VY；TREMPTM；Lurgi；前言随着我国经济的快速发展以及城市化进程的推进，具有优质洁净和环保特点的天然气需求急剧攀升，其在能源结构中的比例也迅速增加。
目前，世界天然气供需基本平衡，但需求增速远远大于产量增速。
在中国，随着城市化进程的加快和人民生活水平的提高以及环境保护意识的增强，对天然气的需求呈快速增长势头，预计2020年我国天然气的需求量将达到2000亿m3 ，而同期的天然气产量只能达到1400亿~ 1600亿m3[1] 。
如此大的天然气缺口将对我国国民经济的发展带来诸多不利影响。
煤制合成天然气流程是将煤经过气化、变换、气体净化以及甲烷化四个工艺单元来制备天然气。
通过煤制天然气技术可以使煤直接燃烧过程中产生的有害物质集中回收利用，也是高碳能源向低碳、富氢能源转化的有效途径。
发展煤制天然气不仅可以缓解我国天然气供应不足的局面，弥补天然气供需缺口，对于实现油气资源的多元化、能源安全、节能减排等方面具有战略性甲烷化工艺技术甲烷化工艺技术应用广泛[2] ，不仅应用于煤制天然气和热解气、焦炉气、生物质热解气及CO2 的甲烷化反应，同时也用于合成氨和燃料电池等工业，用于去除富H2 体系中少量的CO以防止催化剂中毒。
煤制合成天然气技术又叫蒸汽氧化气化法，也称“两步法”。
主要反应分为两步[3] ：图1 煤制天然气工艺流程煤制合成天然气核心技术是甲烷化技术，甲烷化反应原理如下：甲烷化反应是在催化剂作用下的强放热反应。
甲烷化的反应热是甲醇合成反应热的2倍。
在通常的气体组分中，每1个百分点的CO甲烷化可产生74℃的绝热温升；每1个百分点的CO2甲烷化可产生60℃的绝热温升。
由于传统的甲烷化催化剂适用的操作温区较窄(一般为300~ 400℃)，起活温度较高，因此对于高浓度CO和CO2 含量的气体，其甲烷化合成工艺及催化剂有更高的要求[4] 。
一氧化碳甲烷化反应研究
一氧化碳甲烷化反应研究
一氧化碳甲烷化反应是一种利用一氧化碳（CO）与甲烷（CH4）进行反应而产生二甲醇(CH3OH)的反应。
此反应体现出化学元素氧与碳之间可以发生微妙的关联改变，代表一种能源转化的典范。
一氧化碳甲烷化反应的发生是在狭义的催化反应温度（200至360度）下进行的，由含有硫的金属质催化剂如钯或金属合金促使反应进行，也有采用含氮杂原子的有机修饰的碳催化剂的催化剂。
催化剂的表面能低于一氧化碳及甲烷的表面能。
反应式为：CO + 2 CH4 --> CH3OH + H2。
这表明一氧化碳与两个甲烷比例反应，形成一个二甲醇化合物，同时也产生了氢气。
由于反应温度较高，可避免在副反应中发生甲烷催化剂官能团的活化，从而保证反应的稳定。
在一氧化碳甲烷化反应中，一氧化碳通过催化剂表面上空位的形成与甲烷发生化学键，形成一种含有碳氧键的中间产物，后来通过改变原子配位环境，最终形成了二甲醇液态分子，同时释放了氢气以及温度，而且具有热力学上的收益，反应实现 202085 CO 2 转化贡献绿色能源发展。
从上述可以看出，一氧化碳甲烷化反应是一种非常重要的转化反应，它可以有效地将二氧化碳转变成液态燃料，从而为绿色能源的发展提供优越的实践基础。
直接二氧化碳还原成甲烷的研究进展
直接二氧化碳还原成甲烷的研究进展唐韵;李福健;成少安【摘要】综述了二氧化碳直接还原成甲烷的热点方法,主要包括电化学法、生物法及生物电化学法,阐述了各方法的原理及研究进展,重点分析了生物电化学法的能量转化效率和经济性,指出了直接二氧化碳还原成甲烷的发展方向.【期刊名称】《能源工程》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】10页(P38-47)【关键词】二氧化碳;甲烷;电化学法;生物法;生物电化学法【作者】唐韵;李福健;成少安【作者单位】浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江杭州 310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江杭州 310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江杭州 310027【正文语种】中文【中图分类】X511随着人类对化石能源消耗的增加，燃烧产生CO2的排放急剧上升。
截至2013年5月，地球大气层中的CO2浓度已超过400 mL/m3(0.04%)。
而CO2是导致全球气候变暖的主要温室气体，因此解决其排放问题极为重要。
将CO2还原成碳氢化合物如甲烷，成为一种有效的解决方式，不仅可以降低CO2的排放，促进自然界中的碳循环，而且产生的甲烷等碳氢化合物可以作为能源，从而缓解由于化石能源贮量的减少而面临的能源危机。
CO2甲烷化反应由法国化学家SABATIER等[1]首先提出，该反应也叫Sabatier反应。
由于CO2的能级低，化学惰性大，因此难以活化，通常反应需要加入催化剂，并且在一定的温度和压力等条件下才能发生还原反应。
该反应为放热反应，其化学反应式为：反应的吉布斯自由能为ΔG298K=-130.8kJ/mol，从热力学角度看该反应可自发进行，但CO2还原反应要经历多个步骤才能完成，其动力学性能差，反应速度缓慢。
为了提高CO2的转化速率，人们尝试多种改进途径，如采用新型催化剂和改变催化剂的形态法、光催化法、电化学还原法、生物还原法以及生物电化学还原法等，使CO2还原反应的动力学取得了一定的进展，本文中将重点介绍目前研究开发的热点方法：电化学法、生物法和生物电化学法，并分析比较各方法的优缺点。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
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㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
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1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
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㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
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二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
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2、矿床开采技术条件及水文地质条件。