合成天然氣過程中甲烷化催化劑的研究進(jìn)展

引言

        天然氣的有效使用改善了煤氣中毒問題對人們生命安全的危害和污染問題對環(huán)境的負(fù)面影響。在實踐合成天然氣的技術(shù)中，具體使用了CO-甲烷化技術(shù)的操作。其中該操作的核心反應(yīng)是利用CO+3H₂→CH₄+H₂O，但是由于該操作中會產(chǎn)生大量的熱，且多伴隨有具有還原性的C，容易引發(fā)副反應(yīng)而導(dǎo)致甲烷物質(zhì)發(fā)生裂解。因此需要重視該技術(shù)的應(yīng)用方法和應(yīng)用設(shè)計。

1 甲烷化催化劑的技術(shù)運用分析

        目前在國內(nèi)所使用的甲烷化催化劑技術(shù)，主要是應(yīng)用于合成天然氣的產(chǎn)業(yè)為根本，在過程中多應(yīng)用了歐洲公司中關(guān)于高溫甲烷化的操作流程?，F(xiàn)階段我國仍是用煤大國，特別是在南方諸多地區(qū)根本不適合通入天然氣技術(shù)。因此需要基于國外對甲烷化催化劑技術(shù)的拓展進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)，將天然氣的逐步引入各家各戶當(dāng)中，這對于我國的發(fā)展也有著積極的意義。

2 技術(shù)運用進(jìn)展及創(chuàng)新

2.1 載體運用分析

        在單一載體的使用過程中，主要是以氧化物作為核心催化劑，有效拓展γ-Al₂O₃、二氧化硅、二氧化銻等物質(zhì)作為負(fù)載支持物。

        在γ-Al₂O₃使用過程中，主要是由于該物質(zhì)的物理性質(zhì)（熔點高、耐熱性）較好，因此該物質(zhì)能夠有效提高催化劑的酶活性，實際過程中通常會使用金屬鎳作為附加物質(zhì)，提高金屬的活性。但隨著溫度的不斷升高容易促使鎳金屬發(fā)生“高溫失活”現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致γ-Al₂O₃的穩(wěn)定性不能得到系統(tǒng)的保證。

         在二氧化硅物質(zhì)的使用過程中，主要是由于Si物質(zhì)較為特殊的非金屬性質(zhì)，進(jìn)而促使在后期操作容易促使孔結(jié)構(gòu)的生成。同時Si物質(zhì)也具有一定的金屬性質(zhì)，能夠有效地提高載體對高溫的抗性和腐蝕性的抗性。在實際使用過程中二氧化硅能夠有效避免與添加金屬的反應(yīng)，進(jìn)而在過程中提高了粒子的分散距離。因此使用二氧化硅作為催化載體時，需要注意其孔位的關(guān)系，但是在實際應(yīng)用中需要避免該物質(zhì)與金屬的間距大小，進(jìn)而有效地保證金屬的活性和催化劑的酶活性^[1]。

        在復(fù)合載體的運用過程中，能夠有效單一載體溫控問題、粒子間距問題等方面的劣勢，運用合理的模式提高了載體的酶活性。在拓展ZrO₂-Al₂O₃物質(zhì)與實際操作的應(yīng)用中，其主要應(yīng)用三氧化二鋁的中Al3+還原性質(zhì)較好的特點并結(jié)合ZrO₂物質(zhì)的作用下加大了載體的還原性能。同時可以將ZrO₂物質(zhì)變更為TiO₂，也可以強化載體之間的化學(xué)作用。因此需要在實踐操作中改善單一載體的劣勢現(xiàn)象，將新型、可復(fù)合型的物質(zhì)融入該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展當(dāng)中，能夠有效提高產(chǎn)業(yè)的基本產(chǎn)量。

2.2 催化劑運用的分析

        在實際運用過程中，催化劑的使用能夠加快反應(yīng)的進(jìn)行，因此合理的選用在操作運用的催化劑也是該操作應(yīng)當(dāng)注意的問題。就元素周期表的金屬元素來說，過渡金屬能過有效滿足催化的作用。在操作中具體使用28號金屬Ni、77號金屬Ir、46號金屬Pd和44號金屬Ru。在實際應(yīng)用中金屬釕（Ru）能夠在307℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。在此過程中反應(yīng)物中的一氧化碳能過在高溫的環(huán)境下全部轉(zhuǎn)化為CH₄物質(zhì)，從本質(zhì)中提高了反應(yīng)的基本效率。但是該金屬的應(yīng)用操作和成本支出較高，因此該金屬在實際操作中運用的相對較少。

2.3 助劑的運用分析

        現(xiàn)價段合成天然氣的操作中，不可避免將助劑進(jìn)行有效添加，從根本上提高反應(yīng)的催化現(xiàn)象和機器的使用壽命。在實際操作中助劑能夠有效控制金屬Ni的金屬活性，有利于防治浸提缺陷的發(fā)生。因此需要將合理的助劑使用于技術(shù)拓展與使用操作中。就現(xiàn)階段的用戶而言，使用晶格缺陷助劑能夠有效的改善金屬在反應(yīng)堆中的酶活性，并能夠提高金屬的積碳性質(zhì)，進(jìn)而有效控制了金屬的分散度，減少了裂解現(xiàn)象的發(fā)生^[2]。同時合理的使用電子助劑也能夠改善sp雜化軌道中金屬的缺陷。在某些報道中有些學(xué)者使用錳元素作為反應(yīng)助劑，結(jié)合過渡金屬元素的性質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)研，主要是過渡金屬元素能夠在實踐過程中加大催化效率。

2.4 創(chuàng)新運用分析

        需要在未來的天然氣合成使用的過程中有效分析各類化合物和金屬物質(zhì)的基本性質(zhì)，分析金屬物質(zhì)在各類情況中的粒子作用和可能產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行合理的權(quán)衡?？刂品磻?yīng)堆內(nèi)的溫度參數(shù)在320℃左右，有效拓展不同的催化劑、助劑的使用，能夠改善甲烷的催化反應(yīng)。同時需要拓展氧化鎂的使用，使用不同的堿性金屬也能達(dá)到合理的催化作用，進(jìn)而在實際操作中減少甲烷的裂解現(xiàn)象，也從根本中增強工業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)束語

        必須全面優(yōu)化甲烷化技術(shù)的操作模式和操作運用，有效改善天然氣的產(chǎn)量的問題，進(jìn)而提高產(chǎn)業(yè)技術(shù)效益。因此基于CO-甲烷化技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，融入CO₂-甲烷化技術(shù)或Ni-甲烷化技術(shù)，降低甲烷裂解反應(yīng)而導(dǎo)致利用率降低的現(xiàn)象，也能體現(xiàn)功能性的產(chǎn)業(yè)模式。

        參考文獻(xiàn)：

        [1]張秀娟.探究生物質(zhì)合成氣甲烷化催化劑研究進(jìn)展[J].化工管理，2018（6）.

        [2]林江輝，王瓊，王捷，etal.生物質(zhì)合成氣甲烷化機理及催化體系研究進(jìn)展[J].化工學(xué)報，2018（5）.

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