CO2吸附强化CH4/H2O重整制氢催化剂研究进展

刘 璐，许 凯，荆洁颖，冯 杰，李文英

(1.太原理工大学 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室，山西 太原 030024;2.太原理工大学 煤科学与技术教育部重点实验室，山西 太原 030024)

0 引 言

氢气是重要的化工原料，目前约96% H2生产来自化石燃料，其中甲烷/水蒸气(CH4/H2O)重整制氢(Steam methane reforming，SMR)是目前较为成熟的氢气制备工艺，该工艺以天然气(含有少量C2～C6烃类的CH4)为原料，通过CH4/H2O重整和水气变换反应制备高纯氢气，占全球氢气生产总量的50%[1]。传统SMR工艺已较成熟，但因制氢过程(图1(a))涉及高温强吸热反应、CO变换反应及副产物CO2与H2分离提纯，导致制氢过程中需要较高的反应和分离能耗，占整个工艺能耗的50%以上。

CO2吸附强化CH4/H2O重整制氢(CO2enhanced sorption steam methane reforming，SESMR)从反应过程强化的角度对原有制氢过程(图1(b))进行改进，该制氢过程的核心理念是将重整催化剂与CO2吸附剂同时放在一个反应器中，使反应过程与分离过程结合，通过吸附制氢过程产生的CO2，打破化学反应平衡，避免CO变换反应，降低CO2与H2分离提纯的能耗，从而生产高纯度H2；且CO2脱附再生过程中产生的高纯CO2可进行控制减排或综合利用。同时，根据平衡移动原理，该工艺可使反应在较低温度(400～500 ℃)进行，降低了对重整反应装置材料性能的要求。催化剂和吸附剂是CO2吸附强化CH4/H2O重整制氢工艺中的重要组成部分，其活性与选择性制约了反应速率和产率，其寿命长短关系到生产成本，因此研制高效催化剂和吸附剂材料是CO2吸附强化CH4/H2O重整制氢工艺的核心问题之一。

图1 CH4/H2O重整制氢工艺流程