35、钢铁行业碳氧化物甲烷化技术全解析

钢铁行业碳氧化物甲烷化技术全解析

1 钢铁行业的技术革新需求与甲烷化技术兴起

在新的行业标准和配额限制下，钢铁行业面临着巨大的挑战，不得不寻求重大的技术创新来变革现有的生产流程。其中，开发有效处理钢铁行业排放二氧化碳的新技术成为解决这一问题的可行途径。在众多新技术中，将一氧化碳（CO）和/或二氧化碳（CO₂）转化为甲烷（CH₄）的技术吸引了众多研究者的关注。

甲烷化过程最早于1902年被发现，此后经过了100多年的研究与发展。在20世纪70年代末的石油危机期间，CO甲烷化对于合成气生产变得尤为重要，当时的目标是利用煤气化产生的合成气生产天然气替代品。而CO₂甲烷化过程的发展主要基于CO甲烷化的研究，源于对使用替代原料气的需求。然而，由于净化这些气体的成本高昂，很少有概念能够实现商业规模应用。

进入21世纪初，随着环境意识的增强和减少人为温室气体排放的迫切需求，COₓ甲烷化过程的研究得以复苏。甲烷作为一种重要的能源载体，在全球工业、能源和运输领域都具有关键作用，是现代经济的重要组成部分。近年来，天然气价格上涨、减少对天然气进口依赖的需求以及替代石油产品的需求，使得合成天然气或替代天然气的生产在各国受到越来越多的关注。同时，关于化石资源有限性和气候变化的讨论也促使对从富含碳氧化物的气体中催化和生物生产甲烷（甲烷化）的研究投入增加。本文主要聚焦于催化甲烷化过程，包括CO甲烷化和CO₂甲烷化。

CO甲烷化过程使用一氧化碳和氢气作为反应物，催化生产甲烷和水；CO₂甲烷化过程则使用二氧化碳和氢气作为反应物，相关反应方程式如下：
- CO甲烷化：$CO + 3H_2 \rightleftharpoons CH_4 + H_2O (g) \quad -206 kJm