天然气催化制氢气的研究进展

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1、第8期(上)贾秀荣：天然气催化制氢气的研究进展·综述与述评·天然气催化制氢气的研究进展贾秀荣(中国石油锦州石化公司研究院，辽宁锦州121001)摘要：介绍国内外天然气制氢气技术的研冤进展，分别对制氢的各种技术的方法、反应器的分类、所用催化剂的种类和性能，及目前解决催化剂积碳问题的方法等进行了详细的分析与讨论，提出天然气制氢技术的发展趋势。关键词：天然气；氢气；部分氧化；甲烷裂解反应；催化剂中图分类号：TQI16．25文献标识码：A文章编号：1003—3467(2010)15—0017—05ResearchProgressofHydrogenProductionfromN

2、aturalGasbyCatalyticJIAXiu—rong(InstituteofChinaPetroleumJinzhouPetrochemicalCompany，Jinzhou121001，China)Abstract：Researchprogressofhydrogenproductionfromnaturalgastechnologyareintroduced，analysisanddiscussiononvarioushydrogenproductiontechnologies，theclassificationofreactor、thecategorya

3、ndtheperformanceofcatalystsused，andtosolvetheproblemofcatalystcarbondeposition，etc，areanaly—sisedanddiscusseddetailed．Finallythedevelopingtrendofhydrogenproductionfromnaturalgasteeh—nologyareproposed．Keywords：naturalgas；hydrogen；partialoxidation；methanedecompositionreaction；catalysts其中涉及

4、许多反应，有两步重要反应：第一个是水蒸1引言气重整反应(1)，此反应是个强吸热反应，可生产出有利于合成氨和富含氢气的合成气，方程式如下：我国已探明的天然气储量为1．67万亿m。，远CH4十H2O——CO十3H2景储量为26～33万亿m，约占世界远景储量的1／△H，qRK=+205．7kJ／tool(1)l0。天然气可分为于气和湿气两大类。前者甲烷含第二个反应为甲烷的部分氧化反应(2)，该反量在90％，后者除甲烷外，还含有15％～20％的乙应为温和的放热反应。此反应式为理想方程，反应烷、丙烷和丁烷等低碳烷烃。目前以天然气为原料过程中甲烷有可能完全燃烧生成CO。和H0。制取

5、氢气主要有两种途径：一种是通过制备合成气CH4+1／202—CO+2H2(H，和CO的混合气)，然后用物理或化学方法除去△H298K=～35．5kJ／mol(2)CO而得到氢气；另一种是通过甲烷的直接裂解得到氢气。这两种方法都需要首先活化甲烷分子，由于主要副反应是积碳的生成，炭沉积主要来自甲烷分子惰性很强，其反应条件十分苛刻。以甲烷CO、CO、CH的分解反应。反应(1)和(2)包含的转制合成气为例，在温度低于700K时，甲烷就可以生化反应有三种：传统的水蒸气重整(SRM)，只有反成合成气，但只有在高于1100K的温度下，才能生应(1)参与；部分氧化反应(POM)，只有反

6、应(2)参成高产率的合成气。与；自热催化重整(ATR)，两个反应同时发生。2．1甲烷水蒸气重整(SRM)2天然气转化制合成气反应过程及催化剂甲烷水蒸气重整(SRM)是传统的甲烷制合成以天然气为原料制合成气是一个复杂的过程，气过程(见图1)，主要涉及反应(1)，是强吸热过收稿日期：2010—05—21作者简介：贾秀荣(1968一)，女，工程师，从事石油化工添加剂方面的调研工作，电话：15304166846。河南化工HF：NACHEM]CAIINDUSTR'~21)10年第27卷程，转化一般在高温下进行(800qC以上)。天然气与水蒸气在催化剂作用下生成CO和H，产物H：C

7、O约3：1，适合用于合成氨和以制氢为目的产物反的工艺。此过程能耗高、设备庞大、投资和操作费用昂贵，因此一般的合成氨厂都对此工艺进行了改造。图2非催化部分氧化工艺简图2．2．2甲烷催化部分氧化过程(CPOM)甲烷催化部分氧化过程是温和的放热反应，在催化剂存在下，该反应在较低温度(750～800℃)下达到90％以上的热力学平衡转化，可避免高温非催图1水蒸气转化工艺简图化部分氧化伴生的燃烧反应。20世纪90年代以来工业装置使用的催化剂均以Ni为活性组分。该研究受到广泛关注』，该工艺在原有传统非催化载体通常都用硅铝酸钙、铝酸钙以及难熔的耐火氧部分