碳化钼材料的合成及其应用于甲烷干重整反应的研究进展

甲烷干重整(DRM,CH_4+CO_2=2CO+2H_2)是以性质稳定的CH_4和CO_2为原料制备合成气,可同时实现两种主要温室气体的转化利用,是甲烷间接转化制备高附加值化学品的重要途径,具有重要的科学、环保意义和工业应用价值,而设计合成高效、高稳定、抗积炭的催化剂是实现甲烷干重整工业化应用的技术关键。贵金属催化剂活性和稳定性好,但价格昂贵限制了其应用,而碳化钼作为一种过渡金属碳化物,具有类贵金属的费米(Fermi)能级,表现出类似贵金属的活性和良好的抗积炭性能。故此综述了碳化钼材料的合成方法及其应用于甲烷干重整反应的主要研究进展,为发展新型高效非贵金属甲烷干重整催化剂提供思路和启发。     

甲烷干重整制氢研究进展

甲烷干重整制氢技术可应用于天然气制氢,尤其是富含甲烷和二氧化碳的沼气制氢,具有环境与经济的双重效益。本文介绍了近年来用于甲烷干重整制氢的催化剂活性组分、载体、助剂、制备方法、抗积炭性、操作参数及反应机理等方面的研究进展。     

甲烷制备合成气工艺开发进展

综述了国内外天然气制合成气技术的研究进展，包括对已工业化应用工艺的技术改进，如甲烷蒸汽转化工艺采用换热转化及自热转化技术；甲烷催化部分氧化技术，根据原料配比、催化剂体系、工艺条件不同，可分别采用固定床、流化床、陶瓷膜及晶格氧工艺；甲烷自热式转化工艺采用非催化部分氧化与绝热蒸汽转化相结合，工艺中引入蒸汽可消除积碳；甲烷两段转化工艺采用换热-自热式转化技术。新技术研究进展包括甲烷-二氧化碳重整技术，甲烷、二氧化碳和氧气催化氧化重整技术，甲烷联合转化工艺，气体加热转化工艺及联合自热转化工艺等。     

蒸汽重整和干重整联合生产合成气

<正>提供一种将甲烷转化为烯烃和甲醇的工艺,烯烃可以是乙烯。其典型工艺涉及平行使用甲烷蒸汽重整和甲烷氧化干重整工艺生产合成气,并进一步将合成气转化为乙烯和甲醇。     

甲烷二氧化碳重整工艺研究及经济性分析

甲烷二氧化碳重整以天然气和二氧化碳为原料,可有效实现二氧化碳的减排,具有良好的经济和社会意义。分别对甲烷二氧化碳重整、甲烷二氧化碳自热重整及三重整工艺进行了模拟计算与工艺研究。结果表明:(1)温度升高、n(CO_2)/n(CH_4)配比增加,甲烷转化率提高;(2)同样温度下,n(CO_2)/n(CH_4)配比增加,产品气中n(H_2)/n(CO)配比下降;(3)对自热重整和三重整工艺来说,进料配比对原料转化率、n(H_2)/n(CO)、反应体系积炭量以及热耦合有较大的影响;(4)在适当的进料配比下,反应体系可实现积炭量为零且系统自热,其中甲烷二氧化碳自热重整工艺较优的进料配比为n(CH_4)/n(CO_2)/n(O_2)=1:0.9:0.6,甲烷三重整工艺较优的进料配比为n(CH_4)/n(CO_2)/n(H_2O)/n(O_2)=1:0.4:0.9:0.6;(5)三种工艺的能耗大小依次为甲烷二氧化碳自热重整<甲烷三重整<甲烷二氧化碳重整,基于单位体积合成气的能耗比值为0.93:0.97:1。     

单晶边缘负载纳米催化剂技术——设计高稳定性甲烷干重整催化剂的新策略

<正>尽管甲烷二氧化碳重整(干重整)受到高度重视,但是用于该反应的非贵金属类催化剂易烧结和积炭而阻碍了其工业应用。日前,韩国科学技术院(KAIST)的研究人员报道了一种设计稳定高效的甲烷干重整催化剂的新策略——单晶     

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氢气是燃料电池的首选燃料，而用天然气制氢则是化石燃料制氢工艺中最为经济与合理的，因而以甲烷作原料制备氢气的工艺在当前发挥着重要的作用。为此，对国内外甲烷制氢技术的研究现状、进展及发展方向等进行了论述：甲烷水蒸气重整工艺生产技术虽然较为成熟，但能耗高、生产成本高，设备投资大；甲烷催化部分氧化法过程能耗低，可采用大空速操作，无需外界供热而可避免使用耐高温的合金钢管反应器，可采用极其廉价的耐火材料堆砌反应器，使装置的固定投资明显降低，但尚未见到该技术工业化的相关报道；甲烷自热重整工艺是一种新型制氢方法，其基本原理是在反应器中耦合了放热的甲烷部分氧化反应和强吸热的甲烷水蒸气重整反应，反应体系本身可实现自供热；甲烷绝热转化制氢的原理是将甲烷经高温催化后分解为氢和碳，这是连接化石燃料和可再生能源之间的过渡工艺过程。     

德国中试二氧化碳和甲烷干重整制合成气

<正>德国林德公司2015年10月宣布进行干重整技术中试。这种干重整工艺,将天然气的主要成分甲烷和CO_2催化转化为合成气(CO+H_2)。合成气然后用于生产有价值的下游产品如化学品或燃料。干重整过程不同于蒸汽重整,蒸汽重整需水蒸汽,而生产水蒸汽是能量密集的,干重整需要水少,因此可以避免蒸     

单晶边缘负载纳米催化剂技术--设计高稳定性甲烷干重整催化剂的新策略

尽管甲烷二氧化碳重整(干重整)受到高度重视,但是用于该反应的非贵金属类催化剂易烧结和积炭而阻碍了其工业应用。日前,韩国科学技术院(KAIST)的研究人员报道了一种设计稳定高效的甲烷干重整催化剂的新策略一单晶边缘负载纳米催化剂(Nanocatalysts On Single Crystal Edges,NOSCE)技术。单晶氧化镁载体的边缘可稳定钼掺杂的镍纳米催化剂(Ni-Mo/MgO),在甲烷干重整中可高效促进合成气大量生产,且连续运行850 h以上仍未失活,具有优异的抗积炭和抗烧结性能,具有工业应潜力。     

电气化甲烷重整技术研究进展

甲烷重整是强吸热反应,通过燃烧甲烷供热(约占甲烷总消耗的30%),不仅会导致排烟热损失,还会伴随CO₂排放,无法满足双碳目标下对清洁氢能的需求。电气化甲烷重整技术通过高效电热转化形式,将可再生电能引入甲烷重整反应器,可大幅减少甲烷重整过程的CO₂排放,消除传统甲烷重整过程的排烟热损失,提升甲烷和可再生电能制氢效率。综述了传统甲烷重整技术、电气化甲烷重整反应器(电阻加热、微波加热、电磁感应加热和等离子体加热)、电气化甲烷重整系统和电气化甲烷重整催化剂的研究进展。电加热不仅可以有效提升反应器功率密度、减小反应器规模,还可以通过与催化剂相互作用,实现催化活性和甲烷转化率的提升。电气化甲烷重整技术为我国能源绿色低碳转型提供了新的途径。     

煤解吸二氧化碳和甲烷的特性曲线及其应用

二氧化碳与甲烷的吸附与解吸机理决定了二氧化碳在煤中的螯合和强化甲烷产出的能力，是近期人们所关注的焦点。根据对大量甲烷和二氧化碳吸附/解吸等温线和吸附特性曲线的研究结果，从吸附势角度探讨了两者的吸附/解吸机理，并将解吸特性曲线归纳为3类：①两者的吸附-解吸等温线不相交，二氧化碳的吸附势大于等于甲烷的，在两者接近的中压阶段不利于注二氧化碳驱甲烷，高压、低压阶段均有利；②因甲烷的吸附-解吸等温线相交造成两者的吸附特性曲线相交，高压下利于注二氧化碳驱甲烷；③因二氧化碳的吸附-解吸等温线相交造成两者的吸附特性曲线相交，高压下利于注二氧化碳驱甲烷。这一结论为二氧化碳驱甲烷实验所证实。吸附势理论的引入为定量评价注入二氧化碳驱甲烷工艺参数和有利储层的选择提供了方法。     

钌催化低温活化甲烷的研究进展

综述了近年来甲烷部分氧化、水蒸气重整、二氧化碳重整、耦合甲烷部分氧化和二氧化碳重整制合成气中以金属钌为催化剂活性中心的研究进展及各种反应中存在的主要问题。     

耦合甲烷部分氧化与二氧化碳重整的研究进展

对耦合甲烷部分氧化与二氧化碳重整反应的研究现状和进展及用于该反应的铱、镍、钴、铂等催化体系进行了介绍和探讨。认为耦合甲烷部分氧化与二氧化碳重整反应是有工业化前景的工艺。     

热等离子体转化温室气体的基础研究

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,研究二氧化碳和甲烷的化学转化和利用有着重要的意义。在热等离子体提供的高温、高能量反应环境中,进行了二氧化碳单独裂解、甲烷单独裂解与甲烷二氧化碳重整反应的对比实验研究。结果表明：热等离子体是转化二氧化碳和甲烷的有效手段。为了得到较高的转化率和化学能效值,应采用甲烷和二氧化碳具有相互促进作用的重整反应过程。     

注二氧化碳提高煤层气采收率数值模拟

随着全球温室效应的逐渐增强,CO2的处理已成为各国关注的问题。在煤层气开采中,利用CO2提高煤层气采收率也成为研究热点。针对煤层气开发过程中的产气量低的问题,从物理模拟方法和数值模拟角度出发,进行了CO2置换煤层气的等温吸附实验以及置换过程中的浓度测定研究,并对山西晋城地区运用ECLIPSE软件进行了数值模拟研究。研究结果表明,CO2能提高煤层气的产量和采收率,使产量保持稳定,采收率高达94%,同时也能有效地减少CO2的排放,缓解温室效应。     

CO_2乳化液强化置换水合物中CH_4的作用研究进展

综述了天然气水合物中甲烷的置换反应的研究进展,比较了传统置换法与CO2置换法的优缺点,论述了CO2置换法尤其是CO2乳化液法的优越性。CO2乳化液具有更高的反应温度以及更好的传导率和扩散性,在置换反应中起到了强化作用,增加了CH4从水合物中的释放,提高了置换的反应速率,同时乳化液的热可以使热源增强,从而使置换反应得到进一步强化。     

孔结构对活性炭吸附CＨ4和CO2 的影响

高比表面积活性炭不仅具有良好的吸附存储能力，还具有优良的吸附分离性能。为此，选择了3个活性炭样品，利用77 K氮气吸附数据，采用一种基于简化局部密度函数的方法来计算孔径分布，并用体积法测定了活性炭在298 K对甲烷和二氧化碳的吸附等温线。研究表明，M6-4、K17和BY-1这3个活性炭样品的比表面积基本相同（分别为2117 m^2/g、2123 m^2//g和2073 m^2//g），但孔径分布却明显不同，因而它们的吸附能力有着较大差异。单从吸附量来考虑，活性炭K17更适合吸附存储甲烷。3个活性炭样品对甲烷和二氧化碳的吸附能力有着较大的差异，对于CＨ₄/CO₂的吸附分离过程具有较大的应用潜力。     

In situ methane hydrate dissociation with carbon dioxide sequestration: Current knowledge and issues

There are large resources of methane gas as hydrates in permafrost and deep-sea sediments around the world. On the other hand, the emissions of carbon dioxide into atmosphere have gone up in the last hundred years. The emitted carbon dioxide can be sequestered as hydrate while helping dissociate the in situ methane hydrates. Such approach can improve the economics of carbon dioxide sequestration and methane hydrate dissociation, and assist in global carbon emissions management and methane hydrate exploitation. This paper summarizes the current knowledge on producing methane gas from hydrates while simultaneously sequestering carbon dioxide gas as hydrates, and discusses the challenges and issues in its implementation.     

热等离子体重整甲烷和二氧化碳制合成气的热力学研究

常压下利用4kW的直流电弧等离子体装置,进行了甲烷和二氧化碳在氮气等离子体射流作用下重整制备合成气的实验研究。利用氮气作为放电气体产生等离子射流,甲烷和二氧化碳作为反应气体垂直送入此高温射流中,考察了甲烷与二氧化碳配比、进气流量和输入功率对原料转化率、化学能效及热值产率的影响。结果表明:热等离子体重整甲烷和二氧化碳制合成气具有处理量大、甲烷和二氧化碳转化率高、化学能效和热值产率高的特点。