36、可持续钢铁生产中甲烷化过程的关键因素解析

可持续钢铁生产中甲烷化过程的关键因素解析

在钢铁生产等工业过程中，甲烷化反应是一个重要的环节，它涉及到一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO₂）转化为甲烷（CH₄）的过程。了解甲烷化反应的影响因素以及合适的催化剂选择，对于提高反应效率和降低成本至关重要。

1. 甲烷化反应的影响因素

1.1 O₂的影响

在气化过程中，气体中不可避免地会存在微量的O₂。研究发现，O₂对CO甲烷化有显著影响：
- CO转化率 ：在1 atm和30 atm下，随着O₂含量的增加，CO转化率略有下降，这是因为H₂和CO会与O₂发生反应，尤其是在高温条件下。
- CH₄选择性 ：O₂会导致CH₄选择性在整个温度范围内显著降低，因为CO会部分被氧化为CO₂。
- CH₄产率 ：随着反应物中O₂含量的增加，CH₄产率下降。
- 碳沉积 ：在1 atm下，引入O₂可能会导致沉积碳大幅减少，因为O₂会与碳反应形成CO₂，特别是当H₂/CO/O₂的比例为3/1/0.5时。在30 atm的高温下，没有碳沉积现象。因此，为了提高CH₄产率，在甲烷化过程中需要完全去除进料气体中的O₂。

1.2 CO₂甲烷化

当进料气体中H₂和CO₂的化学计量比为4时，在相对较低的温度（200 - 250 °C）下，CO₂甲烷化的产物主要是CH₄和H₂O。然而，当温度升高到450 °C以上时，由于逆水煤气变换反应，副产物CO增加，未反应的CO₂和H₂也增加，而CH₄产物减少。CO₂甲烷化是一个高度放热的反应，升