温室气体是如何变废为宝的？

字 | 科Way美编 | 毛毛大徒弟

如何让温室气体二氧化碳、甲烷一起“变废为宝”?

中科院上海高等研究院的低碳转化科学与工程团队有办法。他们能让甲烷与二氧化碳“携手重生”，变成重要的原料气———合成气。

这套具有完全自主知识产权的“甲烷二氧化碳自热重整制合成气”技术，其万方级装置已在山西潞安集团煤制油基地稳定运行超过1000小时，日转化利用二氧化碳高达60吨，成功实现工业示范。

上海科学家攻克难题

▲全球首套万方级甲烷二氧化碳自热重整制合成气装置

二氧化碳与甲烷是典型的温室气体，又是重要的含碳资源。将二氧化碳与甲烷作为碳源，可以在一定条件下转化为合成气（一氧化碳和氢气），即称之为甲烷二氧化碳重整或者干重整。

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。

中科院上海高等研究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碳和抗烧结双功能，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，实现合成气比例的灵活调变。因此，该技术适用于常规或非常规天然气（富含二氧化碳的海上天然气、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。

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。

山西实现工程化运行

▲中国石油和化学工业联合会对甲烷二氧化碳重整进行72小时技术标定

8月2日，中国石油和化学工业联合会对中科院上海高等研究院、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，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，本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，建成了国际首套万方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，实现了二氧化碳的高效资源化利用以及合成气的灵活可调，建议尽快开展工业化应用推广。

中科院上海高等研究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，也是上海高等研究院与山西潞安矿业（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。

甲烷与二氧化碳制重整制备合成气装置的稳定运行，是中科院上海高等研究院积极落实“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。