甲烷化催化剂及反应机理研究进展胡大成.pdf

第 11 卷第5 期 过 程 工 程 学 报 Vol.11 No.5 2011 年 10 月 The Chinese Journal of Process Engineering Oct. 2011 甲烷化催化剂及反应机理的研究进展 1,2 2 2 2 1 2 2 2 2 胡大成 ，高加俭 ，贾春苗 ，平 原 ，贾丽华 ，王莹利 ，许光文 ，古芳娜 ，苏发兵 (1. 齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006 ； 2. 中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室，北京 100190) 摘 要：概述了甲烷化反应在工业生产中的应用，重点介绍了甲烷化催化剂中活性组分、载体、助剂的种类及催化剂 制备方法、条件对其催化性能的影响；分析了甲烷化催化剂失活的原因及甲烷化反应的机理，指出床层飞温和积碳是 造成催化剂失活的主要因素，必须从甲烷化催化剂和工艺技术两方面予以改进；并对甲烷化催化剂研究进行了展望， 提出高比表面复合载体的研制、稀土元素的添加、新型耐硫、高热稳定性甲烷化催化剂的开发及流化床甲烷化工艺技 术的改进是甲烷化研究的主要方向. 关键词：甲烷化；催化剂；反应机理；积碳；失活 中图分类号：TQ032.4 文献标识码：A 文章编号：1009−606X(2011)05−0880−14 1 前 言 艺过程，并开始工业化应用. 如美国 Great Plains 天然气 厂于 1984 年投产，日耗煤量 18500 t，日产天然气可达 近年来，随着石油燃料的日益枯竭、天然气需求量 6 3 [5,6] [7] 4.8×10 m . 据报道 ，目前我国在建及计划筹建的 的不断攀升，加上工业中排放的大量 CO2 所引起的生 煤制天然气项目近 30 个. 但煤制天然气的关键技术仍 态、环境等问题日益严重，将煤炭、生物质的合成气或 然主要依靠进口，尤其是甲烷化催化剂和工艺，国内虽 热解气及 CO2 进行甲烷化的技术受到人们的广泛关注. 有多家单位在研究开发，仍未取得突破性进展. 因此， 我国的能源结构特点是富煤、贫油、少气，且煤炭 开发具有我国自主知识产权的高效甲烷化催化剂，有助 [1] 资源分布极不均衡，耗煤的约 80%通过燃烧直接转化 ， 于推动煤制甲烷的工业化进程. 未能实现资源的梯级利用，不仅造成煤炭资源高值成分 甲烷化反应应用广泛，不仅应用于煤热解气和焦炉 的浪费，而且热能利用率低，同时排放大量污染物. 因 气[8,9] 、生物质热解气[10,11]及 CO2 的甲烷化反应，同时也 此，发展高效、低碳、洁净的煤炭资源利用技术具有十 用于合成氨[12,13]和燃料电池等工业[14,15] ，用于去除富 H2 分重要的意义. 煤通过气化可制得合成气，也可通过热 体系中少量的CO 以防止催化剂中毒. CO 和CO2 的甲烷 解转化为热解气、焦油和半焦，同时我国的炼焦行业也 化过程中伴随很多副反应，所有可能存在的反应如表