能源化學－天然氣能源化學(編輯修改稿)
2024-10-27 16:01 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 140倍，是世界常規(guī)天然氣最終可采儲量（約 328x1012m3）的 64倍 地球上最大的未被開發(fā)利用的能源： ? 能量密度高 ? 潔凈 ? 分布廣泛 ? 資源量巨大 ? 埋藏淺 天然氣能源化學 天然氣水合物 —— 理想的天然氣運輸途徑 ? 目前實際應用的天然氣儲運方式有 : ? 通過管道采用高壓方法運輸采用管道輸送 （ 約占天然氣總量的75％ ） 。 初投資大 ， 且越洋運輸不易實現(xiàn)； ? 利用低溫技術將天然氣液化 （ LNG） ， 以液體的形式進行儲存 、運輸 。 運營費用高； ? 利用氣體水合物運輸 : ? 氣體水合物中天然氣儲量高 ， 運輸成本低； ? 天然氣水合物 （ NGH） 的儲存較壓縮天然氣 、 液化天然氣壓力低 ， 增加了系統(tǒng)的安全性和可靠性； ? 適合于零散小型氣田氣的運輸和儲存 。 天然氣能源化學 天然氣 水合物制備與分解 New Way to form NGH Wang et al J. Am. Chem. Soc. 130, 11608–11609 (2022) Methane uptake kiics in DWMGH at K. Dry water 天然氣能源化學 天然氣能源利用方式 ?作為燃料直接燃燒； ?天然氣發(fā)電； ?發(fā)動機燃料 （ 天然氣汽車 ） ； ?利用天然氣合成液體燃料 （ GTL） ； ?天然氣燃料電池 。 天然氣發(fā)電實現(xiàn)熱電冷聯(lián)供 熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中的主要設備有發(fā)電機組 、鍋爐 、 溴化鋰吸收式冷 （ 熱 ） 水機組和換熱器 。 ? Compared to coal fired power plants the emissions of CO2 is only around 50 % per kWh electricity (due to the higher efficiency and the lower carbon content of natural gas) 天然氣能源化學 天然氣汽車 以天然氣代替石油作為汽車發(fā)動機燃料 ，其具有效率高和低污染的優(yōu)點 。 缺點是天然氣是氣態(tài)燃料 ， 不容易儲存和攜帶 。 為此 ， 需要加壓或液化以便裝瓶 ， 還需要建造比汽油 、 柴油加油站投資都大的加氣站 ， 并形成一定的網(wǎng)絡 ， 一次性投資較大 。 天然氣能源化學 天然氣合成液體燃料 1. 直接選擇性氧化制備液體燃料 。 2. 間接合成液體燃料（ GTL） 天然氣能源化學 天然氣直接選擇性氧化制備液體燃料 CH4 + 1/2O2 CH3OH CH4 + O2 HCHO + H2O 問題： 選擇性、穩(wěn)定性、收率 關鍵： 高效、高選擇性催化劑 天然氣能源化學 天然氣間接合成液體燃料（ GTL） 天然氣能源化學 天然氣制合成氣 ? 甲烷水蒸氣重整制合成氣 ? 甲烷 CO2重整制合成氣 ? 甲烷部分氧化制合成氣 ? 甲烷的自熱轉(zhuǎn)化制合成氣 ? CH4 + H2O = CO + 3H2 (?Ho = 206 kJmol1) ? CO + H2O = CO2 + H2 (?Ho = 41 kJmol1) ? CH4 = C + H2 (?Ho = 75 kJmol1) ? 2CO = CO2 + C (?Ho = kJmol1) 控制步驟 反應機理 1. 甲烷水蒸氣重整制合成氣 甲烷水蒸氣重整制合成氣 ? 甲烷水蒸氣重整制合成氣是一強吸熱過程，通常在高溫 ( 800 ℃) 條件下進行； ? 為了防止催化劑積炭，需要在高水碳比下操作： Vwater/Vmethane=2～ 5，所得合成氣中 H2/CO≈3, 適合于合成氨及制氫 ,而用于甲醇合成及費托合成等重要工業(yè)過程不理想； ? 該工藝過程能耗高、投資大、生產(chǎn)能力低。 CH4 + H2O CO+ 3H2 ΔH298K = kJ/mol 天然氣能源化學 甲烷水蒸汽重整轉(zhuǎn)化催化劑 ? 工業(yè)裝置使用的催化劑均以 Ni為活性組分。載體通常都用硅鋁酸鈣、鋁酸鈣以及難熔的耐火氧化物 ,如Al2O3 、 MgO、 CaO、 ZrO2 、 TiO2 等。近年來一般使 用強度和耐壓性好的 α Al2O3 作為載體； ? 只含活性組分 Ni和載體的催化劑往往活性易衰退 ,抗結炭性能也有待提高。在催化劑中添加助劑可以抑制催化劑的熔結過程，防止 Ni晶粒的長大，從而提高催化性能、延長催化劑壽命、增加其抗硫或抗積炭能力。 天然氣能源化學 甲烷水蒸汽重整轉(zhuǎn)化工藝 2. 甲烷 CO2重整制合成氣 ? CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 (?Ho = 247 kJmol1) ? H2 + CO2 = H2O + CO (?Ho = 35 kJmol1) ? CH4 = C + H2 (?Ho = 75 kJmol1) ? 2CO = CO2 + C (?Ho = kJmol1) ? CO + H2 = H2O + C (?Ho = 175 kJmol1) 催化劑 負載型貴金屬催化劑： Ru, Pd, Rh, Pt, Ir 載體： Al2O3, TiO2, C, ZrO2 過渡
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