甲烷干重整与二氧化碳甲烷化的工艺耦合研究

摘要

甲烷干重整（DRM）与二氧化碳甲烷化（MCD）过程均具有较强的二氧化碳消纳效应，但其单独运行时需要分别消耗大量天然气与氢气，且二者能耗均较高，从而制约了两个工艺的发展与应用，因此探索研究该问题的解决方案对于低碳发展具有重要意义.本文分析了甲烷干重整与二氧化碳甲烷化两个独立工艺的特点，基于两个反应体系的原料与产物之间可互为利用及二者反应热效应可相互补偿的条件性，初步判断DRM与MCD工艺之间存在质量耦合与热量耦合的可能性.据此，首次创新性地设计了DRM-MCD可能的工艺耦合方案，从流程模拟角度证实了工艺耦合的可行性，并分析了不同情形下的耦合特性.结果表明，随着催化剂技术的发展与进步，DRM与MCD工艺之间可以实现质量、能量的高效双重耦合，耦合工艺具备可显著降低天然气、氢气消耗以及大幅节能降耗的效果，并具有优良的二氧化碳消减与资源化利用效应，且耦合工艺具有灵活的可调节性.研究结果可为DRM与MCD工艺耦合方案的设计与优化，以及未来该耦合工艺潜在的工程应用价值与可行性研究提供可参考的基础.

关键词

甲烷干重整 / CO2甲烷化 / 工艺耦合 / 节能降耗 / 碳减排

基金资助

陕西省研究生教育综合改革研究与实践项目（YJSZG2023099）; 陕西省自然科学基础研究计划（2024JC-YBMS-100）; 西安石油大学研究生精品课程建设项目（2022-X-YKC-003）; 西安石油大学2023年教育教学改革研究项目（JGQN202309）