[发明专利]一种微波热化学甲烷制合成气的方法与应用

说明书

本发明属于热化学途径制合成气技术领域，具体涉及一种微波热化学甲烷制合成气的方法与应用，包括：一种基于钙钛矿/协同COsubgt;2/subgt;减排的微波热化学甲烷制合成气的方法，包括：向反应器中通入甲烷还原气，采用微波发生装置对氧载体进行热还原，同时甲烷被氧化生成合成气；随后氧载体在微波发生装置或电阻炉中氧化再生；所述的氧载体为镧系钙钛矿金属氧化物。通过微波作用于可以强吸波的金属氧化物，具有加热时间短、升温快、功耗低的优势，缩短了实验周期，有效能利用率可以得到大幅度提高，并利用甲烷作为还原气，能够降低金属氧化物的热解还原温度，同时能够生成Hsubgt;2/subgt;：CO＝2：1的合成气。

技术领域

本发明属于热化学途径制合成气技术领域，具体涉及一种微波热化学甲烷制合成气的方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

尽管由于可再生能源的不断发展，化石能源在总能源消费份额有所下降，但化石能源未来仍将继续在能源领域占主导地位。化石燃料的利用伴随着大量二氧化碳的排放，加剧了温室效应。

未来10年我国的能源革命战略目标是“可再生能源、天然气和核能利用持续增长”。我国天然气以及页岩气预计储量巨大。在推动能源消费转型过程中，天然气作为最清洁化石能源将发挥重要的过渡能源作用，其中，天然气制合成气是促进天然气消费增长的有效手段。

目前工业上主要是湿法重整，而我国已探明具有天然气以及页岩气的地区也往往是缺乏淡水资源的地区，因此，天然气与CO₂的重整(即干法重整),利用CO₂的甲烷制合成气方式对我国具有更加现实的意义，不仅能够将CH₄间接转化为化学燃料和物质，还能对CO₂进行化学利用，有利于温室气体的减排，从而缓解温室效应。

基于金属氧化物氧化还原的热化学循环两步法分解H₂O和CO₂的过程包括：第一步是热还原反应，即金属氧化物在高温下分解产生氧气和较低化合价的金属氧化物或者金属单质；第二步是水或CO₂分解反应，即较低化合价的金属氧化物或者金属单质在较低温度下与氧化气体(CO₂和/或H₂O等)发生反应恢复晶格氧，同时CO₂和/或H₂O分解得到CO和/或H₂。整个过程可以表示如下：

M_xO_y→M_xO_y-1+1/2O₂  (1)

M_xO_y-1+H₂O(CO₂)→M_xO_y+H₂(CO)  (2)

第一步金属氧化物热还原反应是一个高温吸热的过程，通常需要很高的反应温度(＞1600℃)，因此必须采用太阳能聚光高温热源来驱动反应进行。第二步二氧化碳和水分解反应是放热的过程，其反应温度相对较低。

两步式热化学循环关键的问题在于第一步金属氧化物分解反应温度过高。因此，如何运用新的方法改善反应条件，使金属氧化物分解温度降低十分重要。

现有技术公开了利用太阳能聚光模拟器和传统加热设备进行热化学甲烷制合成气，但是，这种方法所需的运行时间长，成本高，热解金属氧化物的过程长达30-60min，冗长的加热时间导致一个实验周期约1.5-2h，催化剂长期处于如此高的温度下易出现烧结失活的现象，因此在实验周期、实验成本和能源效率等方面还存在许多问题。

发明内容