二氧化碳甲烷化反应
甲烷与二氧化碳重整制取合成气反应的研究
甲烷与二氧化碳重整制取合成气反应的研
究
甲烷和二氧化碳通过重整反应转化为合成气，再经费托反应再进一步转化为各种重要化学品，不仅可以达到天然气高效利用的目的，还可有效减少温室气体排放。
但传统重整反应中的一氧化碳歧化反应和甲烷热裂解容易产生积碳，高温下催化剂烧结/团聚的问题也会导致干重整性能的衰减。
近日，中国科学院福建物质结构研究所功能纳米结构设计与组装院重点实验室谢奎课题组通过固体氧化物电解池将二氧化碳电解(CO2+2e-=CO+O2-)和甲烷氧化(CH4+O2-=CO+2H2+2e-)两个气相电化学转化过程结合，实现了电催化甲烷/二氧化碳制合成气，并明确了CH4/CO2的重整机制。
该研究通过原位调控陶瓷电极维纳尺度金属/氧化物界面结构与组分，获得了复合体系对CH4/CO2气氛的抗积碳性能和高温稳定性，电化学重整CH4/CO2制合成气的原子效率和电流效率高达100%。
相关研究成果发表在Science Advances上。
该研究得到了国家基金重大研究计划（碳基能源转化利用的催化科学）、福建省创业创新人才“百人计划”等的资助。
二氧化碳甲烷化反应机理概述
第４期 收稿日期：２０２０－１１－１７基金项目：茂名市科技计划（２０１７２９２）；广东石油化工学院教育教学改革研究项目（２３４２６２）；广东石油化工学院实验课题项目（２１５２４８／２１５２１８）；广东石油化工学院大学生创新创业训练计划（７３３３４９）作者简介：赵瑞明，女，山东菏泽人，实验师，主要从事高分子材料合成研究及仪器分析；通信作者：李岭领，河南新乡人，讲师檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽殦殦殦殦。
专论与综述二氧化碳甲烷化反应机理概述赵瑞明，李岭领 ，吴晓岚，曾森维，黄宗辉，张爱雨，高梓翔，邓仕红（广东石油化工学院，茂名广东 ５２５０００）摘要：二氧化碳甲烷化技术被认为是二氧化碳循环再利用最有效的技术之一，也是目前控制二氧化碳排放的研究热点之一。
其反应过程与诸多因素有关，比如载体或助剂种类、催化剂类型与晶粒尺寸、反应温度、反应气氛等等，国内外学者在反应中间体及限速步骤等问题上存在分歧，因此目前关于二氧化碳甲烷化的反应机理尚无统一认识。
本文对直接加氢机理与ＣＯ中间体理论等二氧化碳甲烷化反应机理进行简单介绍。
关键词：二氧化碳；甲烷化；ＣＯ中间体中图分类号：Ｏ６４３．３；ＴＱ４２６；ＴＱ２２１．１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２１）０４－００７９－０３ＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆＲｅａｃｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＭｅｔｈａｎａｔｉｏｎｏｆＣａｒｂｏｎＤｉｏｘｉｄｅＺｈａｏＲｕｉｍｉｎｇ，ＬｉＬｉｎｇｌｉｎｇ，ＷｕＸｉａｏｌａｎ，ＺｅｎｇＳｅｎｗｅｉ，ＨｕａｎｇＺｏｎｇｈｕｉ，ＺｈａｎｇＡｉｙｕ，ＧａｏＺｉｘｉａｎｇ，ＤｅｎｇＳｈｉｈｏｎｇ（ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａｏｍｉｎｇ ５２５０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅ，ｏｎｅｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｎｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇａｓｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｅｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ，ｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｒｅｃｙｃｌｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｖａｒｉｅｔｙｏｆｆａｃｔｏｒｓ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｔｙｐｅｏｆｃａｒｒｉｅｒｏｒａｕｘｉｌｉａｒｙ，ｔｈｅｔｙｐｅｏｆｃａｔａｌｙｓｔａｎｄｇｒａｉｎｓｉｚｅ，ｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒｅａｃｔｉｏｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ，ｅｔｃ．Ｓｃｈｏｌａｒｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｈｏｌｄｄｉｖｅｒｇｅｎｔｖｉｅｗｓｏｎｔｈｅｓｅｑｕｅｓｔｉｏｎｓ，ｌｉｋｅｒｅａｃｔｉｏｎｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓａｎｄｓｐｅｅｄｌｉｍｉｔｉｎｇｓｔｅｐｓ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅｒｅｉｓｎｏｃｏｎｓｅｎｓｕｓｏｎｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｃｕｒｒｅｎｔｌｙ．Ｔｈｅｔｗｏｍａｉｎｒｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓｔａｔｅｏｆｃａｒｂｏｎｍｏｎｏｘｉｄｅａｎｄｔｈｅｄｉｒｅｃｔｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅ；ｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎ；ｔｈｅｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓｔａｔｅｏｆｃａｒｂｏｎｍｏｎｏｘｉｄｅ 随着工业化进程的推进，化石燃料过度使用导致了一系列的生态与环境问题。
co2和甲烷反应
co2和甲烷反应CO2和甲烷是两种常见的温室气体，它们在大气中的增加导致了全球气候变化的加剧。
然而，CO2和甲烷之间是否可以发生反应呢？我们来了解一下CO2和甲烷的性质。
CO2是一种无色无味的气体，由一个碳原子和两个氧原子组成。
它主要由化石燃料的燃烧、森林砍伐和土地利用变化等人类活动产生。
而甲烷则是一种无色无味的气体，由一个碳原子和四个氢原子组成。
它主要由油气开采、农业活动（如牲畜排放和稻田灌溉）以及自然气体释放（如湿地和海洋）产生。
CO2和甲烷的反应性不同。
首先，CO2是一种稳定的分子，不容易与其他物质发生反应。
它在大气中停留的时间很长，约为几十年到几百年。
而甲烷则是一种相对较活跃的分子，容易与其他气体和物质发生反应。
它在大气中停留的时间相对较短，约为10-12年。
虽然CO2和甲烷本身不会直接发生反应，但它们可以通过间接途径参与化学反应。
例如，CO2和甲烷都可以参与光化学反应，产生其他温室气体或大气污染物。
此外，CO2和甲烷也可以在大气中被氧化成其他化合物。
例如，CO2可以被氧化成碳酸盐，而甲烷可以被氧化成甲醛和甲酸等物质。
CO2和甲烷也可以通过生物地球化学循环相互转化。
例如，一些微生物可以利用CO2和甲烷进行呼吸作用，并将它们转化为有机物质。
这些有机物质最终会被分解成CO2和甲烷，释放到大气中。
总的来说，CO2和甲烷之间没有直接的化学反应，但它们可以通过光化学反应、氧化反应以及生物地球化学循环等途径相互转化。
这些转化过程对于大气中温室气体的浓度和分布具有重要影响，进而影响全球气候变化的发展。
因此，我们需要进一步研究和了解CO2和甲烷的转化机制，以制定有效的减排和应对气候变化的措施。
二氧化碳甲烷化反应压力范围
二氧化碳甲烷化反应压力范围全文共四篇示例，供您参考第一篇示例：二氧化碳甲烷化反应是一种重要的化学反应，这一过程是将二氧化碳和甲烷催化反应，生成一系列有机物，包括甲烷基化物和甲烷醇。
这种化学反应对于减缓温室气体排放、提高可再生能源利用效率以及制备有机化学品有着非常重要的意义。
在进行二氧化碳甲烷化反应时，反应压力是决定反应效率和产物选择性的重要参数之一。
在不同压力下,反应的平衡位置和速率也会有所不同。
掌握二氧化碳甲烷化反应的最佳压力范围对于优化该反应的工业应用至关重要。
我们来了解一下二氧化碳甲烷化反应的反应过程。
在该反应中，通常使用一种催化剂来提高反应活性。
这类催化剂通常是由贵金属如镍、钼等组成的复合催化剂。
在合适的温度和压力条件下，二氧化碳和甲烷通过催化剂表面的活性位点发生催化反应，生成一系列有机产物。
对于二氧化碳甲烷化反应的压力范围，实验结果表明，该反应可以在中低压下进行。
通常来说，反应压力范围可以在1-10MPa之间。
在这个范围内，反应的速率和产物选择性较为理想。
在较低的压力下，反应速率较慢，而在较高压力下，产物的选择性可能会受到影响。
在工业应用中，寻找合适的压力条件，以获得理想的反应效果是很重要的。
有研究表明，适当的反应压力还可以提高反应的产率和减少能源消耗。
通过调整反应压力，可以有效地调节反应平衡位置，提高甲烷的利用率，减少二氧化碳的排放。
这对于减缓温室气体的排放、提高能源利用效率有着重要的意义。
在二氧化碳甲烷化反应的工业应用中，合理控制反应压力也可以降低反应过程中产生的副产物及废物，提高产物的纯度和收率。
对于二氧化碳甲烷化反应，寻找适宜的反应压力范围是非常重要的。
二氧化碳甲烷化反应的成功应用离不开对反应条件的精准控制，其中反应压力作为一个重要参数，对反应的影响不可忽视。
适当的反应压力可以提高反应速率、产率和产物选择性，减少能源消耗和废物排放。
在工程实践中，找到最佳的反应压力范围将有助于提高二氧化碳甲烷化反应的效率和经济性。
二氧化碳甲烷化反应动力学的测定实验装置
二氧化碳甲烷化反应动力学的测定实验装置下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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二氧化碳制取甲烷
(一) 全球CO2循环策略系统，包括第一步，用电解产生氢气；第二步，H2和CO2反应生成CH4和少量其他碳氢化合物；第三步，生成的CH4作为能源消耗又生成了CO2，如此循环往复。
其中的核心环节就是利用太阳能发电和CO2催化加氢甲烷化的反应.CO2甲烷化反应是由法国化学家Paul Sabatier提出的，因此，该反应又叫做Sabatier反应,反应过程是将按一定比例混合CO2的和H2气通过装有催化剂的反应器，在一定的温度和压力条件下CO2和H2发生反应生成水和甲烷。
化学反应方程式如下.CO2+4H2=CH4+2H2O（二) CO2加氢甲烷化机理：1 不经过一氧化碳中间物的机理2 包括一氧化碳中间物的机理随着研究的深入，CO2甲烷化反应机理被推定可能由下列2个途径组成：吸附的H和气相的CO2反应生成吸附态的CO，随后吸附态的CO直接加氢生成甲烷；或吸附的H和吸附的CO2反应生成吸附态的CO，随后吸附态的CO加氢生成中间体如甲酸根、碳酸根等再进一步加氢生成甲烷.Prairie提出了CO2加氢甲烷化的反应机理：式中，m,s，i分别表示金属上，载体上及未经确定吸附点上的吸附物种.Schild 等提出了Ni/ZrO2催化CO2加氢甲烷化的反应机理。
CO2先在催化剂活性中心上转化为吸附的甲酸根和碳酸根，然后再进一步加氢为甲烷。
Os簇合物催化剂上反应机理表示为：其中＊表示吸附二氧化碳的活性点，M表示Os上的吸附活性点，主要用于加氢。
Ni/ZrO2上的甲烷化机理可表示为：二氧化碳先在催化剂表面转化为吸附的甲酸根和碳酸根,再进一步氢化为甲烷。
图中虚线表示热力学可行但未被观察到。
由非晶态合金Pd25Zr71制得的催化剂也显示出与之相似的结果。
如下图所示：不同的研究者提出的机理有所不同，但大体上都遵循以下模式：⑴二氧化碳和氢吸附于催化剂表面；⑵吸附的H2分解为H;⑶吸附的二氧化碳转变为其它含碳物种；⑷含碳物种氢化为甲烷.由二氧化碳转变而得到的含碳物种，可能是吸附的CO，甲酸根，碳酸根及含氢的吸附CO,近期的研究倾向于生成甲酸根和碳酸根。
催化剂性能评价实验-二氧化碳甲烷化实验
一、实验目的1、熟练掌握浸渍法制备固体催化剂并了解常用催化剂制备方法；2、掌握催化剂活性评价方法及其数据处理方法；3、熟悉热导气相色谱仪的使用及熟练读出谱图；4、能熟练使用流量计、控温仪等控制调节反应参数；5、能了解流程内各装置的相应作用并能进行如气密性检查、流量计校正等前期工作。
二、实验原理合成氨工业，对于世界农业生产的发展，乃至对于整个人类文明的进步，都是具有重大历史意义的事件。
氨是世界上最大的工业合成化学品之一，主要用作肥料。
1990年，世界氮肥的消耗量是8030万吨（以氨计），而世界合成氨装置的生产能力已达1.2亿吨，同年，世界主要氮肥品种的尿素产量为8980万吨。
同年，世界合成氨生产能力的分布，35.4%集中在亚洲，居各洲之首。
其中中国是第一大氮肥生产和消费国。
2.1 原理在合成氨和制氢过程中，甲烷化工序的任务是除去经变换和脱碳后气体中的残余的CO和CO2，得到合格的氢氮气送入合成工序﹑得到高纯度氢作为加氢或其他工序用。
甲烷化过程是既方便又有效﹑经济的气体净化方法，在现代氨厂和制氢广泛采用这一工艺。
催化脱除CO﹑CO2涉及到的反应有：CO2+4H2 = CH4+2H2O ΔH2980=-165.08 kJ/molCO2+H2 =CO+H2OCO+3H2 = CH4+H2O ΔH2980=-206.16 kJ/mol 早期的甲烷化工作大部分局限在一氧化碳的甲烷化，但发现对此反应有活性的催化剂也能催化二氧化碳加氢的反应。
起初实验室工作主要使用镍做催化剂。
对碳的氧化物的甲烷化已经证实了镍催化剂比铁催化剂更活泼，而且有更好的活性，并消除了积碳和生成烃的问题。
大多数的工业甲烷化催化剂含有作为活性相的镍，载在氧化铝等惰性物质上。
某些配方含氧化镁或三氧化二铬作为促进剂或稳定剂。
我国于60年代开发了J101型甲烷化催化剂，70年代，为配合引进300kt/a 合成氨装置所用催化剂国产化，研制成功了J105型催化剂，同期，利用引进技术生产了J103H型催化剂，以后又开发了浸渍型J106低镍甲烷化催化剂。
甲烷化反应原理合特点
甲烷化反应原理合特点甲烷化反应是在催化剂存在下，用氢气还原一氧化碳和二氧化碳生成甲烷和水的反应。
甲烷化反应特点体积缩小、强放热过程生成甲烷和水影响因素甲烷化催化剂反应原理甲烷化反应原理CO和CO2，在一定的温度和甲烷化催化剂作用下，与H2发生反应，生成CH4和水蒸气，通过后部冷却，使水蒸气冷凝分离，最后得到只含CH4杂质的合格氢。
甲烷化反应是体积缩小、强放热过程。
[1]影响因素（1）催化剂活性催化剂的活性好，则甲烷化反应速度快，CO和CO2去除较为彻底，一旦催化剂使用不当，造成活性衰退，就很难保持装置满负荷生产，使生产能力受到制约。
甲烷化工艺流原则程图(2)温度因甲烷化反应是强放热反应，温度低有利于反应进行。
但温度过低，反应活性分子数量大大减少，反应速度反而因此减慢。
装置生产在负荷大的情况下是不能降低温度操作的，这样很容易出现反应物穿透。
如果温度过高，化学平衡观点认为，不能把CO和CO2降到更低的水平。
因此，实际生产中所控制的温度应兼顾到反应速度和化学平衡两个方面。
(3)压力CO和CO2的甲烷化反应是体积缩小的反应，压力升高有利于反应彻底。
相反，降低反应压力，残余的CO和CO2就会有所上升。
实际生产中，甲烷化反应器的压力变化非常小。
(4)空速空速对反应的影响较大。
空速过大，反应不完全。
(5)CO浓度转化气中的CO，由于经过两次低温两次变换后，在其粗氢中的残留量已不构成对甲烷化反应器超温威胁。
但由于CO的甲烷化反应放热量比CO2甲烷化的放热量大，在正常空速下，每增加1%的CO量，会使甲烷化反应器床层温度升高72℃。
所以在正常生产中，一定要控制好变换反应，监控好CO残留量，才能保证甲烷化反应器不发生超温事故。
(6)CO2浓度C02含量是造成甲烷化反应器超温的最大潜在危害。
因为正常生产中，一旦吸收塔操作不正常，会使大量的CO2进入到甲烷化反应器内，每增加1%的CO2，会使反应器床层温度升高60℃。
[1] 甲烷化催化剂甲烷化催化剂的主要物化性质如图1。