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CH4/CO2重整产物分布及转化率热力学分析

邱李培 王莎 胡斌 闫金彪 沈骏

邱李培, 王莎, 胡斌, 闫金彪, 沈骏. CH4/CO2重整产物分布及转化率热力学分析[J]. 上海工程技术大学学报, 2025, 39(4): 477-484. doi: 10.12299/jsues.24-0202
引用本文: 邱李培, 王莎, 胡斌, 闫金彪, 沈骏. CH4/CO2重整产物分布及转化率热力学分析[J]. 上海工程技术大学学报, 2025, 39(4): 477-484. doi: 10.12299/jsues.24-0202
QIU Lipei, WANG Sha, HU Bin, YAN Jinbiao, SHEN Jun. Thermodynamic analysis of product distribution and conversion rate of CH4/CO2 reforming products[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2025, 39(4): 477-484. doi: 10.12299/jsues.24-0202
Citation: QIU Lipei, WANG Sha, HU Bin, YAN Jinbiao, SHEN Jun. Thermodynamic analysis of product distribution and conversion rate of CH4/CO2 reforming products[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2025, 39(4): 477-484. doi: 10.12299/jsues.24-0202

CH4/CO2重整产物分布及转化率热力学分析

doi: 10.12299/jsues.24-0202
基金项目: 国家自然科学基金(51704194);上海市扬帆科技人才计划(19YF1418000);上海工程技术大学青年科研团队培育计划(QNTD202101);2023年机械与汽车工程学院青年博士培育专项
详细信息
    作者简介:

    邱李培(2001 − ),女,硕士生,研究方向为含碳能源高效高值转化及低碳化利用。E-mail:18516633193@163.com

    通讯作者:

    王 莎(1984 − ),女,副教授,博士,研究方向为洁净能源联合循环发电热力系统优化、含碳能源高效高值转化及低碳化利用。E-mail:wangsha@sues.edu.cn

  • 中图分类号: O642.4

Thermodynamic analysis of product distribution and conversion rate of CH4/CO2 reforming products

  • 摘要: 基于吉布斯自由能最小化原理,采用HSC Chemistry软件对CH4/CO2重整反应过程进行热力学分析,系统探讨反应温度、压力、进料比(n(CH4)/n(CO2)物质的量比)、O2进量和H2O进量等关键参数对系统平衡时各产物分布及反应物转化率的影响规律。研究表明,当温度为1137 K,压力为101.325 kPa,n(CH4)/n(CO2)为1.20,n(O2)/n(CH4)为0.10和n(H2O)/n(CH4)为0.07时,最有利于CH4/CO2的转化和H2/CO的生成。CH4/CO2重整作为许多化学合成链中的上游反应,能有效利用CH4和CO2两大温室气体,生产了一种重要的化学原料——合成气(H2/CO)。研究结果不仅有利于相关工业的发展,而且对全球气候的可持续发展提供有益参考。
  • 图  1  反应的热力学参数

    Figure  1.  Thermodynamic parameters of reaction

    图  2  温度对CDRM的影响

    Figure  2.  Effect of temperature on CDRM

    图  3  压力对CDRM的影响

    Figure  3.  Effect of pressure on CDRM

    图  4  CH4/CO2物质的量比对CDRM的影响

    Figure  4.  Effect of CH4/CO2 molar ratio on CDRM

    图  5  O2/CH4物质的量比对CDRM的影响

    Figure  5.  Effect of O2/CH4 molar ratio on CDRM

    图  6  H2O/CH4物质的量比对CDRM的影响

    Figure  6.  Effect of H2O/CH4 molar ratio on CDRM

    表  1  温度对物质摩尔流量及转化率的影响

    Table  1.   Effect of temperature on molar flow rate and conversion rate of substances

    物质 摩尔流量变化 转化率变化
    T<622 K 622 K≤T<1137 K T= 1137 K T<622 K 622 K≤T<1137 K T= 1137 K
    CH4 不变 下降 基本稳定 缓慢增加 急剧增长 基本稳定
    CO2 不变 下降 基本稳定 缓慢增加 急剧增长 基本稳定
    CO 不变 上升 基本稳定 缓慢增加 急剧增长 基本稳定
    H2 不变 上升 基本稳定 缓慢增加 急剧增长 基本稳定
    H2O 不变 上升 基本稳定 缓慢增加 缓慢增长,879 K后开始下降 基本稳定
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    表  2  压力对物质摩尔流量及转化率的影响

    Table  2.   Effect of pressure on molar flow rate and conversion rate of substances

    物质 p=100 kPa p=1 010 kPa
    摩尔流量/(kmol·h−1) 转化率/% 摩尔流量/(kmol·h−1) 转化率/%
    CH4 4.89 95.10 29.45 70.55
    CO2 2.29 97.71 15.09 84.91
    CO 192.81 96.41 155.46 77.73
    H2 187.60 93.20 126.72 63.36
    H2O 2.61 1.30 14.37 7.18
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    表  3  CH4/CO2物质的量比对物质摩尔流量及转化率的影响

    Table  3.   Effect of CH4/CO2 molar ratio on molar flow rate and conversion rate

    物质 摩尔流量变化情况 转化率变化情况
    CH4 n(CH4)/n(CO2)为0.20 ~ 1.00时基本不变;之后急剧上升 n(CH4)/n(CO2)为0.20 ~ 0.80内基本不变;之后开始下降
    CO2 n(CH4)/n(CO2)为0.20 ~ 1.00时急剧下降;比值为1.20后达到稳定 n(CH4)/n(CO2)为0.20 ~ 0.80时急剧上升;比值为1.20后趋于稳定
    CO n(CH4)/n(CO2)为0.20 ~ 1.00时急剧上升;比值为1.20后达到稳定 先增后减,在n(CH4)/n(CO2)为1.00时达到最大值
    H2 n(CH4)/n(CO2)为0.20 ~ 1.00时急剧上升;比值为1.20后达到稳定 先增后减,在n(CH4)/n(CO2)为1.00时达到最大值
    H2O n(CH4)/n(CO2)为0.20 ~ 0.60时先增后减;比值为0.40时达到最大;比值为1.20后达到稳定 n(CH4)/n(CO2)为0.20 ~ 1.00时急剧减少;比值为1.20后趋于稳定
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  • [1] LE PHUONG D H, ALSAIARI M, PHAM C Q, et al. Carbon dioxide reforming of methane over modified iron-cobalt alumina catalyst: role of promoter[J] . Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 2024, 155: 105253. doi: 10.1016/j.jtice.2023.105253
    [2] ZHANG M, ZHANG J F, ZHOU Z L, et al. Effects of the surface adsorbed oxygen species tuned by rare-earth metal doping on dry reforming of methane over Ni/ZrO2 catalyst[J] . Applied Catalysis B: Environmental, 2020, 264: 118522.
    [3] JOO S, KIM K, KWON O, et al. Enhancing thermocatalytic activities by upshifting the d-band center of exsolved Co-Ni-Fe ternary alloy nanoparticles for the dry reforming of methane[J] . Angewandte Chemie International Edition, 2021, 60(29): 15912 − 15919.
    [4] CHAWL S K, GEORGE M, PATEL F, et al. Production of synthesis gas by carbon dioxide reforming of methane over nickel based and perovskite catalysts[J] . Procedia Engineering, 2013, 51: 461 − 466. doi: 10.1016/j.proeng.2013.01.065
    [5] AZIZ M A A, SETIABUDI H D, TEH L P, et al. A review of heterogeneous catalysts for syngas production via dry reforming[J] . Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 2019, 101: 139 − 158.
    [6] 张哲. 我国可再生能源法律完善研究[D] . 杨凌: 西北农林科技大学, 2009.
    [7] 钱慧琳, 冉金玲, 何安帮, 等. 二氧化碳-甲烷干气重整反应及其积炭控制的热力学分析[J] . 低碳化学与化工, 2023, 48(5): 55 − 61.
    [8] 李建伟, 陈冲, 王丹, 等. 甲烷二氧化碳重整热力学分析[J] . 石油与天然气化工, 2015, 44(3): 60 − 64.
    [9] CHEIN R Y, CHEN Y C, YU C T, et al. Thermodynamic analysis of dry reforming of CH4 with CO2 at high pressures[J] . Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2015, 26: 617 − 629.
    [10] CHEN Y, ZHANG Y M, FAN G Z, et al. Cooperative catalysis coupling photo-/photothermal effect to drive Sabatier reaction with unprecedented conversion and selectivity[J] . Joule, 2021, 5(12): 3235 − 3251. doi: 10.1016/j.joule.2021.11.009
    [11] FAN L, ZHAO Y L, CHEN L, et al. Selective production of ethylene glycol at high rate via cascade catalysis[J] . Nature Catalysis, 2023, 6(7): 585 − 595. doi: 10.1038/s41929-023-00977-6
    [12] TANG X Y, YANG W W, MA X, et al. Synergistic enhancement of reaction and separation for a solar membrane reactor by topology optimization of catalyst bed[J] . Chemical Engineering Journal, 2023, 472: 145123. doi: 10.1016/j.cej.2023.145123
    [13] TANG X Y, YANG W W, MA X, et al. An integrated modeling method for membrane reactors and optimization study of operating conditions[J] . Energy, 2023, 268: 126730. doi: 10.1016/j.energy.2023.126730
    [14] 石天宝, 张秋菊, 纪容昕, 等. CH4和CO2转化催化剂的研究[J] . 化工生产与技术, 2000, 7(2): 12 − 15.
    [15] 傅献彩, 沈文霞, 姚天扬, 等. 物理化学[M] . 5版. 北京: 高等教育出版社, 2005.
    [16] 张迪茜. 生物质能源研究进展及应用前景[D] . 北京: 北京理工大学, 2015.
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-07-15
  • 网络出版日期:  2026-02-02
  • 刊出日期:  2025-12-01

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