随着石油自然资源的供应越来越少、气候变化的影响不断加大,环境压力尤为严重,研究者们发现甲烷干重整是一种具有良好应用前景的制合成气工艺:甲烷干重整既可以以天然气为原料,更适合以富含甲烷和二氧化碳的沼气为原料,制取富一氧化碳全成气或氢气,具有环境保护与资源利用的双重效益。
甲烷干重整主要决定于以下两个反应:
甲烷+二氧化碳=一氧化碳+氢气
氢气+二氧化碳=一氧化碳+水
干重整过程结合了天然气的主要成分甲烷和二氧化碳生产合成气(一氧化碳和氢气),然后用于生产有价值的下游产品如化学品或燃料。它与甲烷的蒸汽重整不同,因为需要更少的水(或水蒸汽),所以可以避免蒸汽生产的能源负担。同时,干重整过程也消耗所回收的二氧化碳。
干重整法的优势是合成气中氢气和一氧化碳比约为1,而蒸汽转化的氢气和一氧化碳比约为3,部分氧化的氢气和一氧化碳比约为2。除了降低能耗外,干重整过程也会消耗所回收的二氧化碳,会吸引小型和中型装置的兴趣。
不过,甲烷重整的主要缺点是催化剂稳定性差、易结炭失活,甲烷转化率受重整反应热动力学的限制,反应温度高和对反应器材质要求高等。所以,如何提高催化剂的抗积炭能力和低温活性等成为甲烷干重整能否工业应用的关键。近年来,国内外针对甲烷干催化重整制合成气的新工艺、催化剂、积炭以及反应机理方面进行了大量的研究,取得了许多有意义的成果。例如,中国石油大学新能源研究院针对洁净煤、非常规天然气、二氧化碳减排与新能源的交叉领域,研究开发出二氧化碳/甲烷干重整转化制合成气技术。以焦炉气制甲醇为例,按氢平衡计算,采用该干重整技术,可以提高甲醇产量50%,减排二氧化碳量相当于一甲醇产能的70%。2015年10月16日,德国林德公司(LindeAG)宣布在其基地Munich附近的Pullach,采用中型重整装置试验了干重整技术。