二氧化碳转化为合成气及高附加值产品的研究进展

由于二氧化碳（CO₂）过度排放导致全球变暖日益严峻,发展零碳技术已成为人类社会面向可持续发展的战略选择。将CO₂捕集并转化为高附加值化学和能源产品,可以优化化石能源为主体的能源结构、有效缓解环境问题,并实现碳资源的充分利用,是一项可以大规模实现低碳减排的技术。本文重点介绍了CO₂高效利用新途径,通过二氧化碳-合成气-高附加值化学品的产品工艺路线,实现CO₂的资源化利用。对比综述了热催化法、电催化法和光催化法高效转化合成气的最新进展,总结了热、电、光催化制备合成气过程中催化剂的设计原理和方法以及目前工业化应用前景;简单概述了合成气作为重要平台分子,进一步通过费托合成路线或接力催化路线转化为低碳烯烃和液态燃料或芳烃等化学品过程中催化剂设计研究进展。最后,总结了大规模工业化CO₂转化为合成气及高附加值产品过程催化剂设计和反应器优化的技术难题,并对未来CO₂高效转化利用方向进行了展望。同时指出目前各技术还普遍存在反应机理不清晰、催化剂成本高以及缺乏大规模合成等问题,未来开发出高效、高活性、低成本且稳定的催化剂是各技术推广应用的关键。     

基于煤和天然气联合制取合成气工艺研究进展

回顾了以煤和天然气为原料通过不同工艺流程制备合成气用以化工合成或发电的研究进展。介绍了以煤和天然气为原料分别制取合成气后再汇合的工艺流程和共气化技术等不同工艺路线的特点。研究了煤气化和天然气转化制备合成气时不同工艺路线在元素互补、能量利用、杂质混合等方面的表现。结果表明是否考虑煤和天然气的碳氢元素互补以及煤气化热量的有效利用将成为决定工艺流程优劣的重要因素。研究表明,煤气化和天然气转化分别制备合成气后汇合的工艺技术更易实现工业化应用,共气化技术的工业化应用较易受到气化炉反应条件的限制,尤其是内置换热管式的共气化技术。进行比较后,认为以煤和天然气为原料的多原料系统能够降低原料消耗、同时减排二氧化碳,符合煤炭的清洁利用要求,具有一定优势。     

生物质制备液体燃料技术的研究

综述了近年来由生物质制备液体燃料(生物乙醇燃料、生物柴油、生物质航空燃料)相关的技术进展。重点介绍了乙醇燃料的生物质合成气发酵、生物质合成气催化和合成气间接合成技术;生物柴油的油脂酯交换和超临界法转化途径;航空燃料的生物质气化-费托合成加氢提质和生物油的转化路线;并对这些转化途径的的特点和未来的研究方向做了分析。     

合成气制乙醇的研究进展

合成气催化合成乙醇工艺是具有较好经济效益的合成路线。本文简要介绍了合成气制乙醇的原理及工艺过程,重点介绍了合成气制乙醇催化剂的研究进展。并提出高效催化剂的开发和工艺技术的优化改进是未来科研工作者的研究重点。     

合成气直接催化转化制低碳烯烃研究进展

合成气直接催化转化制乙烯、丙烯等低碳烯烃因具有原料来源广泛、流程较短等优点,成为目前合成气催化转化和烯烃制备技术的一个重要发展方向。本文首先介绍了合成气经费托合成直接制备低碳烯烃的路线（FTO）,简单概括了铁基和钴基催化剂的研究进展以及催化反应机理。随后重点综述了近年来提出并发展的基于双功能催化体系的合成气直接制低碳烯烃路线（STO）,详细阐述了金属氧化物的组成、配比等以及分子筛的酸性、孔道等性质对反应性能的影响,同时讨论了双功能催化体系以乙烯酮或甲醇/二甲醚为关键中间体的催化反应机理。最后对双功能催化体系的研究方向和挑战进行了展望。     

合成天然气(SNG)原料气来源的探讨

简述了合成气的来源及甲烷化对合成气的要求,综述了以煤气化合成气、焦炉煤气、黄磷尾气、生物质、电石气等为原料,制备合成天然气的技术现状,详细介绍了煤气化制备天然气的工艺路线及不同气化技术对原料气中甲烷的影响,对比了不同工艺路线制备天然气的优缺点。不同合成天然气原料气来源技术的开发利用,既解决了天然气的市场需求,又实现了资源的再利用,具有一定的经济效益和环境效益。     

生物质合成气制备及合成液体燃料研究进展

主要介绍了国内外生物质气化制备合成气工艺以及国内外生物质合成气合成液体燃料的工艺技术.生物质直接气化技术在早期得到了较好的发展,但生物质收集困难,限制了其发展.近几年国内外开发了生物质两段气化工艺技术.该技术通过快速裂解把生物质裂解为能量密度相对较高的快速裂解油(生物油),通过收集生物油制备合成气路线可以降低整个系统的...     

合成气直接转化制乙醇工艺路线的技术经济分析

介绍了以合成气为原料直接转化制乙醇工艺路线的研究进展,从技术和经济角度对合成气直接转化制乙醇工艺路线进行了分析,并对其研究和应用前景进行展望。     

生物柴油副产物甘油的高附加值利用

生物柴油的生产过程中都会产生副产物甘油,随着生物柴油的规模化发展,副产物甘油的合理利用成为生物柴油产业发展的关键问题之一. 粗甘油的有效再利用有利于降低生物柴油的生产成本和解决环境污染问题. 粗甘油可以通过各种工艺路线转化为1,3-丙二醇、环氧氯丙烷、乳酸、聚羟基脂肪酸酯、氢、二羟基丙酮和1,2-丙二醇等具有市场前景的高附加值产品. 目前技术比较成熟并进入产业化阶段的粗甘油利用工艺路线是生物法生产1,3-丙二醇和化学法生产环氧氯丙烷,其他工艺路线多数还处在实验室研究阶段. 本文以粗甘油综合利用为中心对目前研究进展和产业现状进行了综述.     

碳一化工的技术、产品现状及其发展方向

碳一化工是替代石油合成路线制备基本有机化工原料、燃料和其他重要化学品的最重要的最有发展前景的途径。本文综合讨论了以含一个碳原子化合物为原料合成化学品的国内外研究与开发的进展,包括已工业化的技术、正在工业化和待工业化的技术及其研发动向,同时也对碳一化工的发展方向作了较全面的分析。分析认为,以合成气和甲醇为原料的研究开发、合成气路线合成液体燃料、天然气(甲烷)直接合成基础有机化学品和开发以二氧化碳为原料的碳一化工是未来碳一化工发展的重要方向。     

煤层气经合成气制液体燃料的关键技术

介绍了煤层气、煤矿瓦斯抽放气的治理和利用现状及存在的问题,同时讨论了煤层气制取液体燃料的重要性及其关键技术,并对其发展前景进行了展望。煤层气经合成气制取液体燃料的可移动装置将成为分散的煤层气转化利用的主要途径,紧凑造气技术与微通道反应器合成技术是提高效率并实现移动转化装置的关键。     

Sensitivity analysis of a methanol and power polygeneration system fueled with coke oven gas and coal gas

The sensitivity analysis of a polygeneration energy system fueled with duo fuel of coke oven gas and coal gas is performed in the study, and the focus is put on the relations among syngas composition, conversation rate and performance. The impacts of the system configuration together with the fuel composition on the performance are investigated and discussed from the point of cascading utilization of fuel chemical energy. First, the main parameters affecting the performance are derived along with the analysis of the system configuration and the syngas composition. After the performance is being simulated by means of the Aspen Plus process simulator of version 11.1, the variation of the performance due to the composition of syngas and the conversion rate of chemical subsystem is obtained and discussed. It is obtained from the result that the proper conversion rate of the chemical subsystem according to the specific syngas composition results in better performance. And the syngas composition affects the optimal conversion rate of the chemical subsystem, the optimal point of which is around the stoichiometric composition for methanol production (CO/H₂ = 0.5). In all, the polygeneration system fueled with coke oven gas and coal gas, which can realize the reasonable conversion of syngas to power and chemical product according to the syngas composition, is a promising method for coal energy conversion and utilization.     

典型二氧化碳利用技术的低碳成效综合评估

面向全新的碳中和愿景,二氧化碳利用作为一种重要的低碳技术,受到了学术界和工业界的广泛关注,开展技术的低碳成效评估对于技术研发及布局的顶层设计具有重要意义。然而已有研究主要基于技术特征开展定性的优先序判断,缺乏系统性的评估方法。本文首先对国内外二氧化碳利用技术发展现状开展梳理,围绕技术特性、碳中和效应、经济效应和社会效应四个方面,采用层次分析和目标趋近相结合的方法,构建了针对二氧化碳利用技术低碳成效综合评估的方法学;并对我国典型的二氧化碳利用技术低碳成效现状以及未来潜力开展应用评估,通过不同二氧化碳利用技术低碳成效的横向对比以及技术不同阶段低碳成效的纵向对比,研究发现：目前我国二氧化碳利用技术低碳成效整体水平偏低,不同二氧化碳利用技术低碳成效的差异主要来自技术特性和碳中和效应两大方面;我国现有的典型二氧化碳利用技术中,二氧化碳加氢合成甲醇技术和二氧化碳与甲烷重整制备合成气技术的低碳成效相对显著;通过对未来不同阶段二氧化碳利用技术低碳成效的对比分析,发现不同二氧化碳利用技术的低碳成效变化有较大差异,其中二氧化碳矿化养护混凝土和二氧化碳光电催化转化技术的低碳成效有明显提升。     

旋转弧等离子体转化油脂制合成气

废弃油脂不仅造成严重的环境污染,而且容易引发各种社会问题,因此加快对废弃油脂的综合利用势在必行。本文以大豆油作为废弃油脂替代物,在自制炬/反应器中开展旋转弧等离子体转化油脂制合成气研究,系统考察了水/大豆油质量比、输入功率和磁感应强度对大豆油转化过程的影响。研究结果表明,气体产物主要为CO、H₂、CO₂与烃类,CO与H₂最高可占气体总量的91.0%(体积)以上。水/大豆油质量比主要影响产物组成和能量转化效率,对碳气相转化率和合成气收率影响较小。增加输入功率,碳气相转化率可提高至98.5%,能量转化效率在17.9 kW时达到最大值72.9%。实验考察范围内磁感应强度对大豆油转化效果的影响很小,但可以起到保护阳极的作用。     

A review on catalyst development for conventional thermal dry reforming of methane at low temperature

Carbon dioxide (CO₂) utilization and conversion, as one of the main parts of carbon capture, utilization, and storage (CCUS), is not only considered an important way to mitigate global warming but also an attractive industrial route to produce valuable fuels and chemical feedstocks. Catalytic dry reforming of methane (DRM) is a promising technology for carbon dioxide utilization and conversion as it can produce syngas, carbon monoxide (CO), and hydrogen (H₂) for widespread industrial production processes. In most studies of the DRM reaction, a relatively high operational temperature (i.e., >700°C) has been applied since the reactivity limitation of widely used Ni-based catalysts at low temperatures and the extremely endothermic property of the DRM reaction. However, high cost and high requirement of thermal stability for catalysts have become a severe problem impeding the further commercialization of DRM technology. Decreasing the operational temperature (i.e., <700°C) is considered a promising way for further application of the DRM route to convert CO₂ and produce syngas. However, traditional Ni-based catalysts suffered from unsatisfied reactivity and severe coke formation, leading to quick deactivation at low temperatures. Developing a catalyst with excellent catalytic activity, coke resistance, and improved thermal stability is necessary for low-temperature DRM reactions. In recent years, with significant development in materials, catalyst design, and computational simulation, some synthesized catalysts have achieved considerable improvement in catalytic performance in low-temperature DRM. Hence, a review of recent development on low-temperature DRM catalysts is provided here to further guide and profoundly understand catalyst design for low-temperature DRM.     

Increasing carbon utilization in Fischer-Tropsch synthesis using H2-deficient or CO2-rich syngas feeds

Fischer-Tropsch technology has become a topical issue in the energy industry in recent times. The synthesis of linear hydrocarbon that has high cetane number diesel fuel through the Fischer-Tropsch reaction requires syngas with high H₂/CO ratio. Nevertheless, the production of syngas from biomass and coal, which have low H₂/CO ratios or are CO₂ rich may be desirable for environmental and socio-political reasons. Efficient carbon utilization in such H₂-deficient and CO₂-rich syngas feeds has not been given the required attention. It is desirable to improve carbon utilization using such syngas feeds in the Fischer-Tropsch synthesis not only for process economy but also for sustainable development. Previous catalyst and process development efforts were directed toward maximising C₅₊ selectivity; they are not for achieving high carbon utilization with H₂-deficient and CO₂-rich syngas feeds. However, current trends in FTS catalyst design hold the potential of achieving high carbon utilization with wide option of selectivities. Highlights of the current trends in FTS catalyst design are presented and their prospect for achieving high carbon utilization in FTS using H₂-deficient and CO₂-rich syngas feeds is discussed.     

合成气制烃的催化过程和催化剂发展动态

本文中首先对合成气制烃催化过程和催化剂的发展史作了简单回顾,介绍了F—T合成反应特征、催化剂组分和效应以及合成工艺。在此基础上对1980年以来国内外,特别是国内研究和开发的、重要的、有代表性的合成气直接制取低碳烯烃、液体燃料、异构烷烃和液化石油气的催化体系作了较详细的介绍。最后展望了今后发展方向。     

气流床粉煤加压气化制备合成气新技术

介绍了我国自主创新的气流床粉煤加压气化制备合成气新技术,给出了该技术在国内首套中试装置上的运行数据与工艺技术指标;运行结果表明,其合成气中有效气成分为89%￣93%,碳转化率≥98%,各项技术指标达到国际先进水平,具有广阔的应用前景。同时,介绍了目前在国际上尚未见报道的以CO2为粉煤输送介质进行气化反应的合成气成分。