甲烷水蒸气重整技术研究现状及进展

对甲烷水蒸气重整工艺进行了介绍,从催化剂载体、催化剂活性组分、催化剂助剂入手对甲烷重整制氢技术催化剂的现状和研究进展进行了综述,并对甲烷水蒸气重整反应的反应机理和本征动力学研究进展进行了说明,对传统甲烷重整制氢反应器的现状和研究进展、新型制氢反应器的研究和应用现状进行了综述。Topsóe公司开发的HTCR反应器能够有效地降低原料和燃料的单位消耗量,在国外已经应用几十年。中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院的套管式反应器可有效利用高温位热量,制氢能耗可减少10%左右。     

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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。     

甲烷水蒸气重整制氢研究进展

氢气由于燃烧发热量高、储量丰富、环境友好,被誉为"21世纪绿色清洁能源",近年来,甲烷水蒸气重整制氢方法备受关注.但是甲烷重整反应的复杂性及反应机理的不确定性是制约甲烷水蒸气重整制氢工业生产的重要因素.从甲烷水蒸气重整制氢过程、反应机理、热力学分析、催化剂种类以及反应器选择5个方面对重整过程进行了归纳与分析;阐述了甲烷...     

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。     

瓶颈不除,氢重不得

正为防止氢能经济"越发展、越耗能、越污染",我国须引导蓝氢高值利用和绿氢大规模发展。中国已做出2060年实现碳中和的庄严承诺。相对于煤碳、石油和天然气,氢能具有能源强度高、能源转化率高、碳排放量低的"两高一低"优势,适合于在未来能源中大力发展,而氢能的低碳和减排效应,可助力实现碳中和目标。然而,氢能也存在技术难度高、生产成本高、储存和运输困难大的"两高一大"问题,在制氢过程中也有"灰氢"(化石能源制氢)、"蓝氢"(工业副产品制氢等)、"绿氢"(可再生能源制氢)之分,特别是目前中国的制氢主要不是利用电解质而是用化石原料如煤炭、天然气,使得制氢过程存在高污染、高排放、     

天然气制氢技术及经济性分析

氢能是当前最有前景的清洁能源之一,天然气制氢是目前全球最主要的制氢方式,重点介绍和分析了主要制氢技术路线天然气水蒸气转化制氢,该工艺主要包括水蒸汽重整转化、合成气变换及变压吸附三个单元;同时还介绍了非水蒸气转化制氢路线,包括甲烷部分氧化法制氢、天然气催化裂解制氢及CH₄/CO₂干重整制氢。比较了几种制氢技术的经济性。目前,虽然煤制氢的成本优于天然气制氢,但随着天然气开采技术的进步,未来天然气制氢有可能成为国内最主要的制氢技术路线。      

天然气制氢技术研究进展

综述了甲烷水蒸气重整制氢、甲烷部分氧化制氢、甲烷自热重整制氢以及化学链重整制氢等天然气制氢技术的进展,对催化剂的主要研究重点在于提升氢气的选择性、热稳定性、化学稳定性以及抗积炭性等性能。近年来,普遍以镍作为催化剂主体并运用不同的制备方式向其中添加助剂(Co,Rh,Cu等)和载体(ZrO_2,Al_2O_3,Co_(6-x)Mg_xAl_2等)以提升催化剂性能。将反应过程和分离过程集成、使碳捕集更为便利的化学链制氢技术更具发展前景,催化剂和载氧体的选择是该技术的关键,载氧体需具备低价、稳定、抗积炭以及高活性等性质。除催化剂以外,反应器的种类、原料中杂质的含量、反应加热时燃料的选择、产物中的碳捕集以及氢气提纯装置的选择均为天然气制氢领域的研究要点。     

二甲醚水蒸气重整制氢反应机理研究进展

综述了二甲醚水蒸气重整制氢反应机理的研究进展,详细介绍了二甲醚水解、甲醇水蒸气重整制氢反应机理,归纳了二甲醚水蒸气重整制氢反应动力学,在此基础上对高性能二甲醚水蒸气重整制氢催化剂进行了展望。     

电解水制氢之提效降本

氢能作为一种绿色清洁能源，被誉为未来最有前景的替代能源之一。近年来，电解水制氢作为一种绿色制氢技术受到了广泛关注与研究，但因电解水反应阳极析氧过程受热力学限制以及动力学反应速率缓慢，导致阴极的产氢效率很低，且产物氧气的附加值不高。基于电解水制氢之提效降本目标，从高效电解水催化剂设计、海水电解制氢以及电解水制氢耦合氧化等角度综述了电解水制氢的最新研究进展，特别是分析了催化剂设计与系统设计对制氢效率的影响。最后，对电解水制氢领域现阶段存在的挑战以及未来发展方向进行了展望，期望为电解水制氢技术的发展提供借鉴。     

烃类/醇类重整制氢的研究进展

综述了国内外近年来烃类和醇类重整制氢催化剂及制氢工艺的研究进展,讨论了不同原料(炼厂气、煤层气、液态烃、地沟油、甲醇、乙醇)和不同方式(水蒸气重整、部分氧化、自热重整、膜分离-反应耦合制氢等)制氢技术的特点。现阶段大宗氢气的生产依然来源于烃类水蒸气重整技术,烃类分解制氢和炭黑技术日益引起关注,膜分离-反应耦合制氢、甲醇的低温重整制氢以及一氧化碳的净化是重整制氢技术今后的主要发展方向。     

基于层叠式多孔金属纤维烧结板载体结构甲醇重整微反应器性能研究

以多孔金属纤维烧结板作为催化剂载体,设计与构造一种新型层叠式柱形甲醇水蒸气重整制氢微反应器。多孔金属纤维烧结板是以多齿切削法加工的金属纤维（铜纤维和铝纤维）为原料,结合固相烧结工艺制造形成。采用两层浸渍的方法将Cu/Zn/Al/Zr四元体系催化剂负载在金属纤维烧结板上。结合SEM观察结果,在分析微观形貌的基础上,利用超声波振动方法对比了不同类型纤维烧结板的催化剂负载性能。通过改变反应空速与反应温度的方法,重点研究金属纤维的材质、孔隙率、梯度孔隙结构对甲醇水蒸气重整制氢反应性能的影响规律。研究结果表明以铜纤维烧结板展现出比铝纤维烧结板的较好催化剂负载强度。以铜纤维烧结板为载体的制氢微反应器,在相同孔隙率与梯度孔隙结构的条件下,甲醇转化率及产氢速率要明显高于铝纤维烧结板。选择孔隙率为90%×80%×70%梯度孔隙结构的制氢微反应器,由于具有较好的流体分布特性与传热传质效果,表现出更佳的制氢性能。     

甲醇水蒸气重整制氢催化反应的研究

研究以共沉淀法制备Cu/Al2 O3 催化剂催化甲醇水蒸气重整制氢反应过程 ,得到低温高活性和高氢选择性催化剂。当铜质量分数为 30 9%时 ,催化剂活性最好 ,在 2 5 0℃反应时 ,甲醇转化率为 77 4 % ,产气中氢摩尔分数等于75 % ,CO摩尔分数小于 10 0× 10 6。另外 ,反应工艺条件如反应温度、水醇比、还原气氛对催化剂性能有很大影响     

国产CN-14型预转化催化剂的工业应用

介绍了CN-14型预转化催化剂在巴陵石化公司制氢装置中的工业应用。该公司的石脑油制氢装置采用使用CN-14预转化催化剂的预转化技术后,优化了转化炉的工况,解决了转化炉的积炭问题,大大延长转化催化剂的寿命,从根本上解决了制氢装置的可靠性问题。预转化技术为当前各大制氢、合成氨装置以及城市煤气的节能降耗、扩能改造及改善工艺操作状况提供了一条切实可行的途径。     

甲烷裂解制氢工艺研究进展及技术经济性对比分析

为应对气候变化,减少CO₂排放,开发低碳能源技术是十分必要的。氢能因其清洁低碳被视为最有前景的清洁能源之一,但传统制氢工艺(煤制氢、甲烷蒸汽重整制氢)不可避免会造成CO₂大量排放。在向零碳氢过渡阶段,甲烷裂解技术被视为潜在的低碳氢生产方法,在制氢的同时还能产出具有附加价值的碳产品,且整个裂解过程不直接排放CO₂,因而受到广泛关注。重点介绍了几种不同甲烷裂解制氢工艺,即高温热裂解制氢、催化裂解制氢、等离子体制氢、熔融金属裂解制氢等,详细阐述了上述制氢工艺的研究进程,并从经济效益方面类比了技术经济可行性。此外,还提出了未来技术发展和攻关方向的建议。      

Study on Technology Clusters for Direct Utilization of CO_2-Rich Natural Gas and Construction of Hybrid System for Energy and Chemicals Production

Based on industrial production with an annual capacity of million tons of methanol, ammonia/urea, etc., a platform technology is developed for direct, green, efficient, and high-value mega-size utilization of the CO_2-rich nature gas, which is the technology of CO_2-rich natural gas dry reforming and hydrogen reaction. The following technologies are discussed, such as CO_2-rich natural gas dry reforming integrated with the Fischer-Tropsch synthesis to olefins(FTO) technology for producing high value-added linear alpha olefins(LAO); CO_2-rich natural gas dry reforming integrated with low carbon olefin linear hydroformylation technology to produce higher carbon alcohols; direct methanol production from CO_2 and hydrogen; and the new cutting edge technology of photo-catalytic process. In addition, simple techno-economic evaluations of two technologies mentioned above are discussed. The CO_2-rich natural gas dry reforming integrated with FTO technology can achieve about 30% of internal rate return(IRR), while the low carbon olefin linear hydroformylation technology could have a static payback period of 2.57 years when the capacity of 2-propylhexanol(2-PH) reaches 100 kt/a. Based on the mega-size green and high-efficient CO_2-rich natural gas direct utilization technology, a hybrid energy and chemical production system framework with good prospects is preliminarily designed. A modern industry zone with an annual capacity of more than 10 Mt of CO_2 converted to high value-added products is underway.