甲烷二氧化碳自热重整制合成气万方级装置实现稳定运行

2017 年 8 月 14 日 中科院之声

近日，甲烷二氧化碳自热重整制合成气装置在山西潞安集团煤制油基地实现稳定运行，即在前期试运行和系统优化的基础上，6月21日该装置启动全系统运行并于7月10日实现满负荷生产，8月2日完成了中国石油和化学工业联合会组织的现场标定。截止到发稿之日，该装置已稳定运行1000小时以上，日产低H₂/CO摩尔比产品气高达20多Nm³，日转化利用CO₂高达60吨。

甲烷二氧化碳重整制合成气技术源于中国科学院上海高等研究院、山西潞安矿业（集团）有限责任公司和荷兰壳牌石油工业公司联合启动的甲烷二氧化碳重整项目。该项研究工作先后获得国家自然科学基金、上海市科委重点项目、中科院战略先导-煤专项、国家科技支撑和国家重点研发计划的支持。经过初期对催化剂失活机理的深入研究，课题组在催化剂抗积碳稳定性方面取得了重大进展，所研制的催化剂在模拟的工况下稳定运行5000小时以上。在中科院战略先导-煤专项和国家重点研发计划-纳米专项支持下，课题组完成了催化剂研制和反应器模拟研究以及百吨级催化剂的工程放大和生产，并在山西潞安集团的支持下实施了万方级装置的建设与运行。

CO₂与CH₄是典型的温室气体，又是重要的含碳资源。将CO₂与CH₄作为碳源，可以在一定条件下转化为合成气（CO和H₂），即称之为甲烷二氧化碳重整或者干重整。相比较传统的甲烷蒸汽重整，甲烷二氧化碳重整几乎不消耗水，而是大量利用二氧化碳，降低能耗的同时并缓解温室气体减排压力，因此受到世界的广泛关注。然而，该反应过程特别容易积碳，抗积碳催化剂和专用反应器被公认为是其技术实现工业化的核心难题。因此，国内外相关研发尚未达到工业侧线或示范的规模。正如张军博士所言，上海高研院低碳转化科学与工程重点实验室成功解决了纳米金属的稳定性问题，尤其是催化剂铸造与内结构的匹配。此类纳米介孔催化剂具有抗积炭和抗烧结双功能，同时，反应器内结构与催化剂的优化匹配是成功的另一个重要因素。在此基础上，该技术可以拓展至水蒸气重整和多重整应用，实现合成气H₂/CO比例（0.7-2.0）的灵活调变。因此，该技术适用于常规或非常规天然气（富含CO₂的海上天然气、页岩气）的转化利用，也适用于煤化工和冶金行业驰放气的利用。

8月2日，中国石油和化学工业联合会对中科院上海高研院、山西潞安矿业（集团）有限责任公司和荷兰壳牌石油工业公司三方开发的甲烷二氧化碳自热重整制合成气关键技术与工业侧线试验装置进行了72小时连续运行标定。专家组听取了项目完成单位甲烷二氧化碳自热重整关键技术与工业侧线试验装置的建设、运行情况和标定准备工作的汇报，考察了现场运行情况，确定了标定方案，并对计量仪表、分析仪器、方法和各项标定指标计算方法进行了确认。在标定期间，专家组实地考察了现场转化炉等主要系统的现场运行情况，查阅了原始数据记录并对控制室、分析室、现场取样等岗位逐一考察，确保本次标定数据真实、可靠。专家们一致认为，该研究开发了性能优越的高效纳米镍基催化剂和专用反应器，优化了工艺系统，建成了国际首套万Nm³/h级规模甲烷二氧化碳自热重整制合成气工业侧线装置并稳定运行，实现了CO₂的高效资源化利用以及产品气H₂/CO的灵活可调，建议尽快开展工业化应用推广。

中科院上海高研院项目负责人孙予罕表示，大规模的甲烷二氧化碳重整技术具有完全自主知识产权，其核心是高效的催化剂和高效反应器的开发。该装置的稳定运行是一个从基础研究到工程化示范的典型案例，也是上海高研院与山西潞安矿业（集团）有限责任公司和荷兰壳牌石油工业公司成功合作的结晶。此项技术不仅为富含CO₂的天然气的规模化利用奠定重要的技术基础，而且将对山西煤化工产业的低碳化发展做出重大创新。

山西潞安集团董事长李晋平表示，甲烷与二氧化碳制重整制备合成气技术的成功开发及装置的稳定运行，开创了二氧化碳减排和资源化利用的先河。这项重大技术突破，是潞安集团认真贯彻习总书记五大发展理念和能源革命战略思想，按照山西省委、省政府创新驱动、转型升级、争当能源革命排头兵的战略部署，开展高端化、国际化合作的重要成果，是推动产学研用相结合的又一个典型案例。

甲烷与二氧化碳制重整制备合成气装置的稳定运行，是中科院上海高研院积极落实“四个率先”要求，面向战略需求和科技前沿，探索与国内外大型企业联合创新的又一典型案例，也是建立研发中心在上海、示范基地在全国、商业化推广在全世界的创新模式的一个典型案例，为上海的具有全球影响力科创中心建设增添了新的亮点。

目前，合作三方正在进行该技术的商业评估，并就全球化的商业推广应用达成了一致意见。