甲烷催化转化新进展
第３Ｏ卷第２期 ２０１０年４月 山西化工
ＳＨＡＮⅪＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳ ＩＲＹ Ｖ０１．３Ｏ Ｎｏ．２
Ａｐｒ．２０１０
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引 言 甲烷催化转化新进展
王芳， 吕永康
（太原理工大学煤科学与技术教育部和山西省重点实验室，山西太原０３００２４）
摘要：甲烷的合理利用是最近１０年的研究重点。概括了甲烷的主要来源和利用现状，重点介绍了
甲烷催化转化制合成气的研究进展。
关键词：甲烷；催化转化；合成气
中图分类号：ＴＱ５２２．６１文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－７０５０（２０１０）０２－００３６－０３
甲烷是天然气的主要成分。随着天然气在世界
能源结构中的比例日趋增大，对甲烷的加工利用愈
来愈受到重视。未来ｌＯ年，全世界天然气消费增长
率每年将保持在３．９％左右，发展速度将超过石油、
煤炭等其他能源；在全球能源结构中，天然气消费量
占一次性能源消费量的比例将从现在的２３．８％提
高到３５．０％。目前，我国天然气的开采和利用尚处
于初级阶段，产量仅为３００多亿ｍ ／ａ。甲烷作为化
工原料主要限于生产合成氨、甲醇及其衍生物，其用
量占天然气消耗量的５％一７％。对此，我国提出在
２ｌ世纪大力发展天然气，并与石油和煤的开发利用
形成互补。可见，天然气工业将在我国２１世纪的能
源战略中占有举足轻重的地位。
炼焦过程中产生的副产物焦炉煤气也是甲烷气
体的重要来源。焦炉煤气主要由氢气和甲烷构成，同
时含有少量一氧化碳、二氧化碳、氧气、氮气、硫化氢
和其他烃类，对其充分利用将对环境保护、合理利用资
源和实现可持续发展起到重要的作用ｕ Ｊ。以３亿ｔ／ａ
焦炭计算，在煤焦化过程中可副产１ ３５０亿ｍ ／ａ焦
炉煤气。其中，除部分回焦炉自身加热和用作城市
收稿日期：２０１０－０３－１７ 作者简介：王芳，女，１９８４年出生，太原理工大学在读硕士研究生。 研究方向：甲烷二氧化碳重整。 煤气及发电外，还有约１／３的富余煤气，这部分焦炉
煤气就成为待利用的资源。但是，由于焦炉煤气中
的甲烷产生的温室效应要Ｉ：Ｌ－氧化碳大几十倍，其
破坏臭氧层的能力也与氟利昂类似。所以，焦炉煤
气的充分利用成为环境保护的需要。
甲烷水合物，即天然气水合物，是甲烷的另外一
个潜在来源，它是由水分子和天然气分子在一定温
度和压力下形成的似冰雪状结晶化合物，又称为可
燃冰。可燃冰是一种不同于常规油气的清洁环保、
储量丰富的新型能源。据国际地质勘探组织估算，
目前，天然气化合物含甲烷资源占全球煤、石油和天
然气甲烷资源的５３％，其总能量是所有煤、天然气、
石油等化石燃料能量总和的２倍～３倍。我国的甲
烷水合物资源量虽未完全探明，但已经发现，我国领
海及专属经济区具备甲烷水合物形成的地质构造和
物源条件，具备良好的找矿前景，而且在我国南海北
部等海域有存在天然气水合物矿藏的可能性。有专
家认为，一旦该能源得到开采，将使人类的燃料使用
延长几个世纪。甲烷水合物研究已经随着能源短缺
的日益加剧，成为当代地球科学研究和能源工业发
展的一大热点。
综上所述，在石油资源日益减少、我国的能源消
耗又日益增加的今天，充分利用甲烷资源，将甲烷直
接转化成合成气和液体燃料的研究，具有巨大的经
济价值和战略意义。
２０１０年４月 王芳等。甲烷催化转化新进展 ・３７・
１ 甲烷催化转化制合成气的主要途径
甲烷作为化工原料生产化学品有直接转化和间
接转化２种途径 ４。。直接转化是将甲烷直接转化
为工业上需求的产品，包括甲烷氧化偶联制乙
烷 Ｊ、乙烯，甲烷选择性氧化制甲醇、甲醛等以及甲
烷无氧芳构化等反应【６引。直接转化法中，甲烷转化
率和产品收率低，短期内无法实现工业化。间接转
化法是将甲烷转化成合成气，进而合成氨、甲醇、乙
醇等化工产品。目前，甲烷的大规模利用主要依赖
于间接转化法。
甲烷分子的活化是甲烷转化利用的基础，无论
是何种转化，都必须经过甲烷的活化。甲烷是最简
单的烷烃，甲烷分子中４个氢原子的地位完全相同，
用其他原子取代其中任何１个原子，只能形成１个
取代甲烷。甲烷分子具有正四面体的空间结构，这
种稳定的正四面体结构决定了甲烷化学性质的不活
泼性。甲烷重整就是在一定的反应条件下，通过催
化作用促使甲烷的Ｃ—Ｈ键断裂，重新组合新的化
学键，以利于后续工艺对甲烷的充分利用。
以甲烷为原料制取合成气的传统方法为甲烷水
蒸气重整法，这种方法目前已在工业上大规模应用。
但甲烷水蒸气重整反应是强吸热过程，设备投资和
能耗都很高，而且生产出的合成气中Ｈ 的含量较
高［ｎ（Ｈ ）／ｎ（ＣＯ）约为３］ Ｊ，不利于进一步的费托
合成和甲醇合成反应的进行。利用甲烷制合成气，
除了可以采用水蒸气转化及部分氧化技术以外，还
可以采用二氧化碳进行重整反应。该方法可生成富
含ＣＯ的合成气，既可解决蒸汽转化法中氢过剩的
问题，又可实现ＣＯ：的减排。这一堪称环境友好工
程的研究动向是在第ｌＯ届国际催化会议上提出的。
该技术有效地将甲烷利用和二氧化碳转化结合在一
起，不但对缓解能源危机、减少温室气体排放和防止
全球气候变暖等具有重要的意义，而且可以变废为
宝，得到氢气与一氧化碳体积比小于或等于１的合
成气，适合费托合成、甲醇合成和羰基合成的原料
气。因此，该工艺的研究和开发同样成为近１０年来
的研究热点之一【１０－１２］。
１．１ 甲烷水蒸气重整（ｓｔｅａｍ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ，
ＳＲＭ
甲烷水蒸气重整反应是传统制取富氢合成气的
重要途径，是目前工业上较成熟的制氢工艺，也是最
简单和最经济的制氢方法。在生产氨水、甲醇以及
其他化工产品过程中，所需要的氢均由甲烷水蒸气 重整制得。从１９２６年开发应用至今，已经对此工艺
做过许多方面的改进，大量地用于氢的工业生产。
甲烷水蒸气重整反应是可逆吸热反应，一般需
在高温下进行，同时伴随着水煤气变换反应的发生。
催化剂一般采用添加有助剂的Ｎｉ／ＡＩ：０，催化剂。
若要从催化剂表面加速去炭，可在反应进料中采用
过量的水蒸气ｕ引。甲烷水蒸气转化制得的合成气
进入水气置换反应器，经过高低温变换反应把ＣＯ
转化为ＣＯ 和额外的氢气，可提高氢气产率¨ ， 】。
此反应的缺点是，在目前使用的催化剂条件下，设备
投资和能耗高，单程转化率较低。
１．２ 甲烷部分氧化（ｐａｒｔｉａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔｈａｎｅ，
ＰＯＭ）
进入２Ｏ世纪９０年代以后，甲烷部分氧化制合
成气成为关注的焦点。该反应是温和的放热反应，
见反应式（１）。
ＣＨ４＋１／２０２一ＣＯ＋２Ｈ２ （△日＝一３５．５ ｋＪ／ｍｏ１）
（１）
该反应在较低温度（７５０ ｃＩ＝一８００ ｏＣ）下达到
９０％以上的热力学平衡转化，反应速率比水蒸气快
１个～２个数量级，且生成的ＣＯ／Ｈ 体积比为１：２，
有利于费托合成制甲醇和高级醇。经过多年的研
究，虽然关于反应机理、反应条件、催化剂等方面的
研究已经取得了很大的进展，但催化剂的稳定性仍
是制约该工艺实现工业化的因素之一，且甲烷直接
氧化反应存在爆炸危险，还原气氛的气相反应会导
致催化剂表面积炭的生成。因此，如何有效地防止
催化剂积炭失活、改善催化剂的稳定性等将是今后
深入研究的方向¨ 培Ｊ。
１．３ 甲烷二氧化碳重整（ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）
ＣＨ 是天然气的主要成分，而ＣＯ 是主要的温
室气体，两者都是十分丰富的ｃ１资源。将其同时
转化为具有较高价值的化工原料，对于高效利用ｃ１
资源、解决日益严重的环境问题、实现可持续发展等
有着重要的意义¨ 。与甲烷水蒸气重整相比，该重
整的ＣＯ／Ｈ 体积比为１：１，更有利于费托反应合成
长链烃，并且也适合含ＣＯ 较多的天然气。该反应
对缓解能源危机和减少温室气体有一定的意义。
ＣＯ：是温室气体，又是很多工业过程的副产品，通过
该反应不仅可以合理利用能源，而且能在一定程度
上净化环境。同时，由于ＣＨ 和ＣＯ 都是结构很稳
定的小分子，在化学反应上都属不活泼性物种，因此
两者的同时活化利用成为化学领域极具挑战性的
课题。 ・３８・ 山西化工 ２０１０年４月
１．４ 甲烷自热重整（ａｕｔｏｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔｈ—
ａｎｅ，ＡＴＲ）
甲烷自热催化重整反应见反应式（２）、（３）和
（４）。
ＣＨ４＋１／２０２ ＣＯ＋２Ｈ２ △Ｈ２９５＜０（２）
ＣＨ４＋Ｈ２０叫ＣＯ＋３Ｈ２ Ａ ＞０（３）
ＣＯ＋Ｈ２０ ＣＯ２＋Ｈ２ △ ＜Ｏ （４）
从反应方程式（２）、（３）和（４）可以看出，该反应
耦合了放热的甲烷部分氧化和强吸热的水蒸气重
整，反应体系本身可实现自供热，既可抑制反应器内
的高温，降低反应器中热点的形成，又可降低体系的
能耗，同时可以实现大空速反应。
甲烷自热催化重整反应过程的关键是Ｈ：ｏ／
ＣＨ 和０：／ＣＨ 的体积比值。因为甲烷水蒸气重整
是吸热反应，甲烷部分氧化重整是放热反应，结合后
会形成一个新的热力学平衡，这个平衡就决定了反
应温度。同时，最佳的Ｏ：／ＣＨ 和Ｈ：Ｏ／ＣＨ 体积比
下的反应可以得到最多的Ｈ：量、最少的ＣＯ量以及
炭沉积量。所以，掌握最佳的０ ／ＣＨ 和Ｈ Ｏ／ＣＨ
体积比的关系，是自热式重整反应的关键 ¨。
甲烷自热重整反应过程同样也存在装置投资较
高、生产能力较低、催化剂积炭失活、传热和传质等
问题，同时对反应的控制也比较困难，这些都有待于
对催化剂体系及工艺开发进行更深入的研究。
２结论
甲烷既是自然界中廉价且资源丰富的含碳化合
物，也是引起全球气候变暖的温室气体之一。无论
从生态还是经济的观点看，利用其催化重整反应制
取合成气，对缓解能源危机、防止由于温室气体排放
而导致的全球气候变暖等都具有重要的意义。而将
产物合成气转化为高附加值的化工产品，为甲烷的
综合利用开辟了一条新途径。
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甲烷转化原理
甲烷转化原理
甲烷（CH4）转化是指将甲烷分子转化为其他化合物的化学反应。甲烷转化的原理可以通过以下几种途径实现：
1. 甲烷部分氧化：将甲烷与氧气反应，生成一氧化碳（CO）和水（H2O）。这种反应通常需要高温和催化剂的存在。一氧化碳是一种具有重要工业应用的化学物质。
2. 甲烷完全氧化：将甲烷与足够的氧气反应，生成二氧化碳（CO2）和水。这是甲烷在自然条件下最常见的反应路径，也是燃烧的过程。
3. 甲烷部分氟化：将甲烷与光气（Cl2）或氟气反应，生成氯化甲烷（CH3Cl）或氟化甲烷（CH3F）。这种反应常用于有机合成领域。
4. 甲烷裂解：在高温和催化剂的作用下，将甲烷分解成较小的碳氢化合物，如乙烯（C2H4）和丙烷（C3H6）。这种反应被广泛用于生产石墨烯等碳材料。
5. 甲烷转化为甲醇：通过甲烷催化氧化反应，将甲烷转化为甲醇（CH3OH）。这种反应是甲烷利用的重要途径之一，甲醇是一种常用的工业原料和能源载体。
以上是甲烷转化的几种原理，具体的反应条件和催化剂选择取决于所需产物和反应的具体目的。不同的反应路径可以实现对甲烷的有效利用和价值提升。
甲烷蒸汽转化反应
甲烷蒸汽转化反应
甲烷蒸汽转化反应是一种重要的化学反应，它可以将甲烷和水蒸气反应生成一系列有用的化学品，如氢气、一氧化碳、二氧化碳等。这种反应在化工生产中得到了广泛应用，尤其是在石油化工、化肥生产、合成气等领域。
甲烷蒸汽转化反应的化学方程式为：CH4 + H2O → CO + 3H2。这个反应是一个放热反应，需要高温和高压条件下进行。一般来说，反应温度在700℃以上，压力在1-3 MPa之间。在这种条件下，甲烷和水蒸气可以充分反应，生成大量的氢气和一氧化碳。
甲烷蒸汽转化反应的反应机理比较复杂，主要包括以下几个步骤：首先，甲烷和水蒸气在催化剂的作用下发生氧化还原反应，生成一氧化碳和氢气；其次，一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气；最后，氢气和一氧化碳在催化剂的作用下发生水气转移反应，生成更多的二氧化碳和氢气。
甲烷蒸汽转化反应的催化剂是非常重要的，它可以影响反应的速率和选择性。目前，常用的催化剂包括镍、铁、钴等金属催化剂，以及氧化铝、硅酸盐等氧化物催化剂。这些催化剂具有不同的催化活性和选择性，可以根据不同的反应条件和反应目的进行选择。
甲烷蒸汽转化反应是一种重要的化学反应，可以将甲烷和水蒸气转化为有用的化学品。这种反应在化工生产中得到了广泛应用，对于提高资源利用率和环境保护具有重要意义。未来，随着科技的不断进步，甲烷蒸汽转化反应的催化剂和反应条件将会不断优化，为化工生产带来更多的发展机遇。
甲烷转化制乙酸(ch3cooh)的工业流程
甲烷转化制乙酸(ch3cooh)的工业流程
甲烷转化制乙酸(ch3cooh)是一种工业上广泛应用的化学过程。本
文将详细介绍该工业流程的主要步骤和操作。
1.原料准备
甲烷作为主要原料需要通过严格的净化处理，去除其中的杂质。
净化后的甲烷会与适量的氧气混合，制备成反应所需的混合气体。
2.氧化反应
将混合气体导入反应釜中，控制反应温度和压力，加入适量的催
化剂。在催化剂的作用下，甲烷与氧气发生部分氧化反应，生成甲酸
和甲醇。甲酸和甲醇会随着反应气体一起传至下一个反应阶段。
3.甲酸转化
甲酸与适量的醇类物质进行酯化反应，得到甲酸酯。甲酸酯是后
续反应的重要中间体。
4.氧化与水解
将甲酸酯导入反应器中，在催化剂的作用下进行氧化反应。这一
步骤的主要目的是生成乙酸和甲酸，其中乙酸是最终所需的产物。同
时，甲酸也会在水的存在下发生水解反应，产生甲醇。
5.分离纯化
通过蒸馏和其他相应的分离技术，将乙酸、甲酸和甲醇与其他杂
质分离开来。分离出的乙酸经过净化处理后即可得到高纯度的乙酸产
品。
以上就是甲烷转化制乙酸(ch3cooh)的工业流程的主要步骤和操
作。通过严格的控制和优化，可以高效地生产出符合质量要求的乙酸
产品。这一工业流程在化工领域具有重要的应用价值，为社会经济的
发展做出了积极贡献。
甲烷转化有了新型沸石催化剂
一４２一 ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．０９（２０ｏ８） 情况下，乙醇生产过程中产生的有机废料会被制成 一块像蛋糕一样的干片儿和溶液．称为”ｔｈｉｎ ｓｔｉｌｌａｇｅ”． 用作动物饲料。Ａｎｇｅｎｅｎｔ说，大部分的这种饲料特 别是”ｔｈｉｎ ｓｔｉｌｌａｇｅ”，富含盐类，营养价值低，但是当 它进行无氧分解时却能够为工厂提供动力所需的 大量能量。 太阳化工推出新型红外线安全油墨 太阳化工于近日推出了新一代红外线安全油 墨——ＳｕｎＧｕａｒｄＡｐｏｌ１ｏ，以帮助品牌所有者打击同 益猖獗的假冒伪劣产品。 ＳｕｎＧｕａｒｄＡｐｏｌｌｏ油墨是专为那些想为客户提供 真正有效且价格低廉的安全解决方案的商业和包 装印刷厂而设计的。这款油墨采用了既可以用在汕 墨中，也可以当作透明清漆来使用的红外响应颜料 （ＩＲｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｐ ｍｅｎｔ）。 红外线安全油墨远不及ＵＶ荧光油墨那样普遍． 而且它们绝不会被用在创新应用中。 作为一个品牌保护解决方案．红外线安仝油墨 是保护包装、标签和文件免受假冒伪劣产品侵害的 有力武器。如果活件已经使用了ｕＶ荧光油墨，那么 就能在不做出任何改变的情况下使用红外线安全 油墨。 ＳｕｎＧｕａｒｄＡｐｏｌｌｏ油墨能让印刷厂在不影响活件 当前的风格、设计或色彩的前提下为客户提供一个 更加安全的产品。 拜耳聚氨酯研发树脂传递模塑 成型新工艺 美国伊利诺伊ＳＣＨＡＵＭＢＵＲＧ消息，几十年以 来，树脂传递模塑（ＲＴＭ）工艺一直都被用来制造复 合部件。用于此工艺的树脂包括有聚酯，乙烯酯和 环氧树脂。但是，聚氨酯技术的领导者拜耳材料科 技公司（Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ）正致力于聚氨酯树脂 在ＲＴＭ工艺的开发工作。 在ＲＴＭ工艺．纤维玻璃垫被置于双面模具之 中。当模具闭合时聚氨酯树脂被注射人内。当部件 进行固化后。模具再次打开从而得到最终部件。 一项新的树脂传递模塑是真空树脂传递模塑（ ＶＡＲＴＭ）．这是一种通过纤维渗透让真空将树脂吸 人模具之中而不是注射人模具的工艺。ＶＡＲＴＭ工 艺确保了纤维玻璃垫的完全浸润，并且消除了可能 会造成部件缺陷的干燥点。 聚氨酯树脂利用ＲＴＭ和ＶＡＲＴＭ工艺的主要 优点是它可提供比其它树脂如不饱和聚酯或乙烯 酯更为优异的物理性能。事实上，聚氨酯树脂的强 度和刚性比聚酯更强。聚氨酯树脂对环境友好因此 还可用于替代其它类似的树脂。如含有ＶＯＣ排放苯 乙烯以及需要耗能致冷环氧催化剂的聚酯。 在Ｒ ＦＭ和ＶＡＲＴＭ工艺中使用聚氨酯所制造 的具备优异韧性的复合部件为此技术打开了崭新 的市场，包括有弹道工业和体育用品。 甲烷转化有了新型沸石催化剂 同本三井化学公司同前表示，位于新加坡的三井 化学 太技术中心和新加坡科学、技术和研究机构。 联合开发出一种沸石基倦化剂，可以把甲烷转化成 苯和氢气。 ｊ井化学表示．将继续改进这种催化剂的性能． 同时还将推进这种催化剂技术的商业化进程。＿一井 化学称，该公司正在研究以天然气为原料生产芳烃 的业务，但还小能透露具体计划。 ＣＷＭ一８０型超级涡流磨粉碎机成为 国家火炬项目 浙江丰利粉碎设备有限公司和北京农业工秤 大学、福州大学联合研制开发成功的新一代微粉设 备，在被评为国家重点新产品的基础上．又被列为 同家火炬项目。此机的诞生，攻克了常温下有机物 料超细粉碎的难题，标志着我国粉碎工业取得了突 破性进展。 长期以来，我国绝大多数企业沿用球磨机、雷 蒙机、冲击磨等六十年代的机型，也有利用锤式或 爪式粉碎机换用小筛孔来生产，不但能耗高，而且 生产牢低。而靠用外汇引进价格昂贵的国外先进粉 碎设备，投资大，且满足不了生产的需要。在我国目 前能源十分紧张的情况下．为了扩大资源的利用率， 增加产品附加值，开发新型高效微粉生产设备，已 势在必行。 新开发的超级涡流磨粉碎机，结构原理先进， 适用于无机物、有机物的通用粉碎，拥有世界上最 先进的机理一超声波粉碎和喷射功能，能产生高频 振动，连续工作，具有同时进行干燥和粉碎的双露 功能 匕小但粉碎率高，粉体粒度绌，能耗小、噪声 低．还能自动调节绌度。广泛适用于化工、农药、染 料、助剂、医药、食品、饲料、非金属矿、各类靼料、有 色会属（镁、锌等）以及国防尖端技术等各个行业的 小同领域，尤其对特殊物料和热敏性物料的粉碎， 能加工一般微粉机难以粉碎的韧性、纤维性、热敏 性和含水较高的潮湿物料．解决了常温下对各类塑 料、橡胶、聚乙烯等有机物料的超细粉碎。 ， 该机的研制成功，填补了国内空白。主要技术 指标达到国际同类产品先进水平，可替代进口同类 产品，每年口Ｊ为国家节约大量外汇。 （吴宏富）
甲烷转化制乙酸(ch3cooh)的工业流程 2
甲烷转化制乙酸(ch3cooh)的工业流程
甲烷转化制乙酸的工业流程主要包括以下几个步骤：
1. 甲烷制气：首先，甲烷（CH4）经过蒸汽重整或部分氧化反应进行催化转化，产生一氧化碳（CO）和氢气（H2）。这个步骤通常在催化剂的存在下进行，常用的催化剂包括镍基催化剂和铑基催化剂。
2. 气相合成乙酸：然后，一氧化碳和氢气通过气相反应催化剂，如钯基或钼基催化剂，进行合成反应。反应中的催化剂通常是支持在陶瓷承载体上的。
3. 乙酸气化与催化转化：产生的乙酸通过高温气化反应，通常在500°C至700°C的高温下，与蒸汽进行反应，产生乙烯（C2H4）和一氧化碳。然后，乙烯通过催化转化被转化成乙酸。
4. 乙酸的纯化：最后，通过蒸馏和其他纯化步骤，将乙酸从反应混合物中提取和纯化出来。这可以包括萃取、蒸馏和结晶等过程。
上述流程中，甲烷转化制乙酸的工业流程的关键步骤是甲烷制气和气相合成乙酸。这两个步骤涉及催化剂的选择、反应条件的控制和产品的分离纯化等技术挑战。此外，工业生产过程还需要注重能源效率和环境保护等方面的考虑。不同的工厂和生产技术可能会有一些差异，但总体的目标都是高效、可持续地将甲烷转化为乙酸。
甲烷电催化转化研究
甲烷电催化转化研究
甲烷电催化转化研究是指通过电催化技术将甲烷以更高效率和选择性地转化为其他化合物的研究。甲烷是天然气的主要组成成分，具有丰富的资源和广泛的应用前景。然而，甲烷的化学惰性和高碳氢键能妨碍其高效转化，限制了其有效利用。
电催化转化利用电流在电催化剂（如金属或合金催化剂）上引发反应，通过改变反应条件和催化剂特性，可以实现对甲烷的高效转化。电催化转化研究涉及到催化剂设计、反应机理研究、电极表面修饰等方面。
在甲烷电催化转化中，常见的方法包括电催化烷烃部分氧化、甲烷电活化制备合成气、甲烷电催化分解制备氢气等。这些方法不仅可以将甲烷转化为对环境友好的化合物，如甲醇、乙醇、CO或氢气等，还可以提高甲烷的利用效率和降低温室气体排放。
甲烷电催化转化研究对于发展可持续能源，降低碳排放，改善能源利用效率具有重要意义。然而，目前这个领域还存在许多挑战，如反应效率低、催化剂寿命短、反应机理不明等，需要进一步研究和开发新型催化剂和反应体系。
低温等离子体催化甲烷转化的最新研究进展
第３５卷第５期 石油与天然气化工 ＣＨＥＭｌＣＡＬ ＥＮＧｌＮＥＥＲＩＮＧ ＯＦ ＯＩＬ＆ＧＡＳ ３５９
低温等离子体催化甲烷转化的最新研究进展
任树强李永红 （天津大学４Ｅ－Ｔ－学院）
摘 要 介绍了低温等离子体催化甲烷转化制碳二烃的研究概况，从不同的添加气、不同的催化剂 等以及反应机理方面评述了近些年国内外采用低温等离子体催化甲烷转化的研究情况和发展趋势。 关键词 等离子体 甲烷转化天然气反应机理
甲烷是天然气的主要成分，作为石化产品原料利 用时主要是将ｃ。作为一个单元进行增碳化。近来，人 们在甲烷氧化偶联这一过程的催化剂、反应工艺、反应 机理及反应器等方面已进行了相当广泛的研究，并取 得了很大的进展。但由于受热力学的限制，甲烷偶联 反应温度通常高达７００ｏＣ～９００ｏＣ。ＣＨ 易发生若干 深度氧化副反应，生成ＣＯ。（Ｘ＝０，１，２）而且催化剂易 粉化、失活。实现甲烷氧化偶联与转化的关键是甲烷 中ｃ—Ｈ键的选择性活化与控制自由基反应。由于甲 烷分子的高稳定性及其热力学上的不利，采用常规催 化手段一直难以取得突破性的进展，而冷等离子体技 术以其优越的反应条件为甲烷偶联提供了崭新的活化 手段。等离子体在其空间内含有丰富的高活泼性原 子、分子、离子、电子和自由基等粒子，其电子拥有的能 量足以使反应物分子激发、离解和电离，形成高活化状 态的反应物种。处于等离子态的各种物质粒子具有极 强的化学活性，许多化学稳定性物质都可以在等离子 体条件下进行较完全的化学反应，因此低温等离子体 技术在天然气直接利用领域的研究Ｅｔ益活跃。 １ 甲烷在不同等离子体条件下催化转化的研 究 甲烷在不同的等离子体条件下获得的产物是不同 的，不同的放电形式、不同的反应器、不同的催化剂、采 用不同的添加气都对反应的产物的种类、产物的产量、 产物的分布产生影响。从添加气（二氧化碳、氢气）、 催化剂和反应器对反应的影响进行了综述。 １．１ 甲烷与添加气二氧化碳的反应 分别对甲烷与二氧化碳在不同的等离子体条件下 的反应进行了研究，从电晕类型、不同的催化剂 （Ｌａ２Ｏ３／ 一Ａ１ ２Ｏ３、Ｍｎ—ＣａＯ、Ｎｉ／Ａ１ ２Ｏ３、ＨＺＳＭ一５、 ＢａＯ／ｇ—Ａ１ Ｏ，）及不使用催化剂等方面进行了广泛的 研究。 李明伟等…研究了常压下二氧化碳和甲烷在直 流电晕放电条件下的反应，对ＣＨ ／ＣＯ 在进料中的比 率、流量、放电功率和电晕类型进行系统的研究，甲烷 和二氧化碳的转化随放电功率增大而增大，随流率的 增加而下降。反应物的转化率在正电晕放电中普遍高 于负电晕放电，四极质谱检测到产物中除合成气和水 外，还包括各种各样的烃和含氧化物。当ＣＨ ／ＣＯ 摩 尔比高于２／１时积炭主要沉积在阴极，推断积炭主要 由反应期间的甲烷分解产生。 张秀玲 用Ｌａ Ｏ，／ 一Ａ１ Ｏ，做催化剂，研究了 二氧化碳和甲烷在非平衡等离子体条件下制ｃ 烃，甲 烷的转化率下降，但烃的选择性提高了，因此ｃ 烃的 产率比单独用等离子体产率高。Ｌａ Ｏ，／ 一Ａ１ Ｏ，和 等离子体协同作用使甲烷转化率为２４．９％，Ｃ 烃产率 为１８．１％。当用Ｐｄ—Ｌａ Ｏ，／ 一Ａ１ Ｏ，作催化剂时， ｃ，烃的分布发生了变化，主要产品为乙烯。 蔡迎春等 考察了不同组成Ｍｎ—ＣａＯ催化剂上 甲烷一二氧化碳转化制ｃ 烃反应性能，同时考察了反 应温度、ＣＯ 分压对反应性能的影响及催化反应性能 随时间的变化。 李明伟等 研究了常压下ＣＯ 重整ＣＨ 在电晕 等离子体下，发现Ｎｉ／Ａ１ Ｏ，与ＨＺＳＭ一５分子筛这两 种催化剂对甲烷和ＣＯ 的转化有较少的影响，主要是 自由基在等离子体反应中起到了重要的影响。使用这 些催化剂时，产物中的Ｈ ／ＣＯ比发生了改变，更多的 烃和含氧化合物生成。当使用ＨＺＳＭ一５分子筛时直 接合成了少量的苯酚，热重分析显示不同催化剂的积 炭是不同的，Ｎｉ／Ａ１ Ｏ，的积炭主要是甲烷的分解，积 炭是不均匀的。ＨＺＳＭ一５分子筛比Ｎｉ／Ａ１ Ｏ，的积炭 多，产生的烃和含氧化合物也多，反映了不同催化剂的 特性是不同的。 Ｈａｎ Ｒｕｉｐｉｎｇ等 研究了ＢａＯ／ｇ—Ａ１ ２Ｏ３催化剂
甲烷催化重整化学方程式
甲烷催化重整化学方程式
嘿，朋友们！今天咱们来聊聊甲烷催化重整这个超有趣的化学事儿。
你看啊，甲烷就像一个小小的能量精灵，它要是进行催化重整啊，那可就像精灵变身了一样。甲烷（CH₄）和水蒸气（H₂O）在催化剂的作用下反应，方程式是CH₄ + H₂O⇌CO + 3H₂。这就好比是甲烷这个小精灵拉着水蒸气这个小伙伴，在催化剂这个魔法棒的挥舞下，变成了一氧化碳这个有点神秘的家伙和三个氢气这个超级活泼的小捣蛋。一氧化碳就像是个戴着黑帽子的魔术师助手，虽然看起来有点低调，但能量可不小呢。氢气就像一群蹦蹦跳跳的小兔子，充满了活力。
再说说甲烷和二氧化碳（CO₂）的催化重整，方程式是CH₄+CO₂⇌2CO + 2H₂。这就像是甲烷和二氧化碳在进行一场激烈的交换舞会呢。甲烷把自己的一些原子和二氧化碳的原子交换，然后就变成了两个一氧化碳和两个氢气。二氧化碳在这里就像是个有点古板但是又愿意改变的老绅士，被甲烷这个调皮的家伙一搅和，就变成了新的模样。
要是甲烷同时和水蒸气、二氧化碳一起玩催化重整的游戏，那可就更热闹了。就像是一场超级大派对，各种原子在催化剂这个派对主持人的引导下，疯狂地重新组合。那方程式可能就会是更复杂的样子，不过本质上还是这些小粒子的重新排列组合。
还有哦，你可以想象甲烷催化重整就像一场原子的大迁徙。那些碳原子和氢原子就像一群小蚂蚁，在催化剂这个指挥棒的指挥下，从甲烷这个旧家园搬到新的组合里面去，比如变成一氧化碳和氢气的新家园。
而且这个过程就像魔法一样神奇。从简单的甲烷出发，经过催化重整，就像从一颗小种子长出了完全不同的大树。就像把一个小土豆变成了一堆薯条和番茄酱（虽然这个比喻有点怪，但就是这种感觉啦）。
有时候我觉得这些化学方程式就像魔法咒语一样。CH₄ + H₂O⇌CO +
3H₂这个咒语一念，就有新的东西出现了。而催化剂呢，就像魔法棒上的宝石，没有它，这个魔法可就不灵啦。
在工业上，甲烷催化重整就像一个超级工厂的魔法车间。不断地把甲烷这个原料变成更有用的一氧化碳和氢气，就像把普通的石头变成闪闪发光的宝石一样神奇。
甲烷催化二氧化碳重整制合成气反应研究进展
甲烷催化二氧化碳重整制合成气反应研究进展
天 由甲烷制合成气有三条途径 : 即水蒸汽重整、 甲烷部分氧化和二氧化碳重整。三条途径 可分别提供H2/C0理论比为3 ： 1、2 : 1和1 : 1的合成气，这些产品可分别用于富 H2和富
CO 的化学转化过程。因此 ,三条途径各具特色 ,各有值得开发的价值 ,其中已工业化的水蒸汽 重整工艺 ，设备投资巨大 ，操作费用昂贵 ，亦需改进和完善。 # g& @( P: G) V5 z& B* z/ @4 B
甲烷作为最小的烃类分子,具有特殊稳定的结构和惰性,C-H键的平均键能为
4.1 >105J/mol,CH3-H键离解能高达4.35氷05J/mol。因此，如何使甲烷分子活化并进行定向转 化一直是困扰化学家们的一大难题。
二氧化碳作为含碳化合物的燃烧终产物 ,也是相当稳定的惰性小分子。其排放量正以每年
4%的速度递增 ,大气中高浓度的 C02 破坏了大气平衡 ,是造成全球气温升高 ,气候恶化的主要 原因。随着科技进步和人类环保意识的增强 ，如何利用和固定C02已经成为世界各国政府和
有识之士特别关注的问题。甲烷催化二氧化碳重整制合成气 ,不失为一条有潜在应用前景的
C02 利用途径 ,是废气利用 ,变废为宝之举。
要使惰性小分子气体的 CH4和C02活化并进行定向转化，其关键是选择适宜催化剂。近年
来,人们已在催化剂的选择 ,催化剂和积炭行为以及催化反应机理等方面进行了大量卓有成效 的工作 ,使这一问题的研究日益深化 ,也预示了这一工艺广阔的应用前景和深远意义。本文就
近年来甲烷催化二氧化碳重整制合成气已取得的成果作一概要介绍。 \( ?$ E/ _/ A( l1 B1 J
一、热力学可行性研究
吴越 ［3］译著的 《气化和气体合成反应的热力学》 一书 ,介绍了对天然气转化制合成气反应所
作的完整的热力学计算 ,并给出了 CH4+C02=2C0+2H2 反应不同温度下的平衡常数及产物 分布。从热力学计算可知，甲烷二氧化碳重整反应是强吸热反应 ，在温度达到600 C以上时,才
甲烷催化部分氧化制合成气研究新进展
第５期 余长林等：甲烷催化部分氧化制合成气研究新进展 ６７
甲烷催化部分氧化制合成气研究新进展
余长林，周晓春
（江西理工大学材料与化学工程学院，江西赣州３４１０００）
摘要：介绍了甲烷催化部分氧化制合成气的研究现状，综述了甲烷催化部分氧化制的反应热力学、动力学、反应机理、催化 剂研制等方面的研究进展，重点对催化剂的活性组分、助剂和载体进行了评述。认为助剂的掺杂改性和加强活性组分与载体之 间相互作用是提高催化剂活性和稳定性的关键。 关键词：甲烷；部分氧化；催化剂；热力学；动力学；机理；合成气 中图分类号：ＴＱ ０３２ ０ ６４３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１・９２１９（２０１１）０５－６７－０６
我国具有丰富的天然气资源，如何提高天然气 的利用价值非常重要。目前天然气转化利用的主要
方法有两种：一是直接转化法【】嗣，就是不经过合成
气或其它中间步骤将甲烷直接转化为化工产品，这
个过程包括甲烷氧化偶联制乙烯、乙烷，甲烷选择
性氧化制甲醇和甲醛，以及甲烷无氧芳构化等反
应；二是间接转化法［２１，是指先将甲烷转化为合成气
（ＣＯ＋Ｈ：），再由合成气制备氨、甲醇、乙醇、烃类燃料
等化工产品。直接转化法中甲烷转化率和产品收率
甚低，短期内难以实现工业化。间接转化法是甲烷
利用的主要途径，研究和开发制备合成气的新工
艺，寻找和改进催化剂是天然气综合利用的关键和 核心。 甲烷转化成合成气的方法有水蒸汽重整、二氧
化碳重整、甲烷部分氧化（ＰＯＮ）以及它们之间的组
合［４］，其中水蒸汽重整法早已实现工业化。水蒸汽重
整网是可逆强吸热反应，高温有利于化学平衡正向
进行，此过程能耗高，设备投资大，并且产物中Ｈ２／
Ｃ０摩尔比大于３，不利于合成甲醇、费托合成（Ｆ－Ｔ
合成）等后续过程。二氧化碳重整所得合成气ＨＪＣＯ 比约为１，比较适合作Ｆ－Ｔ合成的原料，但二氧化碳
重整仍需消耗大量热量，同时甲烷转化率低，催化 剂因为积炭而失活严重。ＰＯＭ反应制合成气的过程