甲烷化技术的研究进展

刘玉玺，卿山，赵明，梁俊宇

(1.昆明理工大学 冶金与能源学院，云南 昆明 650093；2.云南电网有限责任公司 电力科学研究院，云南 昆明 650051)

天然气是一种清洁能源，使用安全性高，对环境的污染小，对我国大幅削减CO2等温室气体排放具有重要价值。由于能源资源禀赋呈现“富煤、缺油、少气”的特点，我国一直在积极研究煤制天然气、焦炉气甲烷化以及电转甲烷储能等甲烷化工艺技术，提升天然气自我供给能力。其中，电转天然气技术(power-to-gas)是解决太阳能、风能发电波动性、随机性的有效方法，也是一种消纳电力系统富余电量的有效方法。我国三北地区风力、太阳能资源丰富，西南地区的水力资源充足，电转气技术可以充分利用富余的可再生电力，提供跨季节的存储能力和稳定的能源供应，具有良好发展前景。

1 甲烷化反应原理

甲烷化技术就是利用催化剂使CO、CO2与H2进行反应，最终转化为CH4的工艺技术[1]。甲烷化技术的应用非常重要，是利用煤、焦炉气、电能等原料得到替代工艺程序中的核心构成环节之一。具体的反应方程式如下[2-3]：

CO+3H2→CH4+H2O

ΔH298 K=-206.28 kJ/mol (1)

CO2+4H2→CH4+2H2O

ΔH298 K=-165 kJ/mol (2)

CO+H2O→CO2+H2

ΔH298 K=-41.16 kJ/mol (3)

上述反应化学式中，反应式(1)代表的是CO的甲烷化反应；反应式(2)则是CO2的甲烷化反应；反应式(3)指代的是水煤气变换反应。前两个化学反应式属于强放热反应，反应物中CO含量对甲烷化过程影响严重，研究表明，在绝热条件下，每1%的CO想要被转化，温升为74 ℃；相比之下，每1%的CO2被转化所需温升为60 ℃[4-5]，与此同时，在高温条件下，还有可能会发生副反应，反应式如下……