二氧化碳逆水煤气变换的研究进展

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0445

摘要/Abstract

摘要：

逆水煤气变换（RWGS）反应，通过催化二氧化碳与氢气的反应，成为生成甲醇、低碳烯烃、芳烃、汽油等高附加值化学品和燃料的关键步骤。深入剖析了RWGS反应的两大机理：氧化还原机理和中间体机理。同时，对近年来RWGS反应的研究进展进行了详细综述，对应用于该反应的催化剂进行了系统的分类、分析和总结。这些催化剂涵盖了负载型金属催化剂、氧化物催化剂（混合氧化物、尖晶石和钙钛矿）及碳化物催化剂。此外，还对RWGS的工业应用进行了分析，并对RWGS反应的发展进行了展望。RWGS可耦合石脑油脱氢芳构化技术、乙苯脱氢制备苯乙烯技术、低碳烷烃脱氢制烯烃技术、二氧化碳捕集技术及合成电子燃料技术等实现二氧化碳资源化利用。这不仅为开发制备新型RWGS反应催化剂提供了理论依据和指导，也为未来RWGS反应的应用场景提供了可行的思路和参考。

关键词: 逆水煤气变换, 催化剂, 反应机理, 二氧化碳

Abstract:

The Reverse Water-Gas Shift（RWGS） reaction，facilitated by the catalytic reaction between carbon dioxide and hydrogen，has become a crucial step in the production of high-value chemicals and fuels such as methanol，low-carbon olefins，aromatics，and gasoline.This review presents an in-depth analysis of the two primary mechanisms of the RWGS reaction：the redox mechanism and the intermediate mechanism.Additionally，recent advancements in RWGS research were comprehensively reviewed，the catalysts employed in this reaction were systematically categorized，analyzed，and summarized.These catalysts encompassed supported metal catalysts，oxide catalysts（including mixed oxides，spinels，and perovskites），and carbide catalysts.Moreover，the industrial applications of the RWGS reaction was analyzed and its future development was prospected.RWGS reaction could serve as an efficient method for integrating technologies like naphtha dehydroaromatization，ethylbenzene dehydrogenation for styrene production，low-carbon alkane dehydrogenation for olefin production，carbon dioxide capture，and synthetic electronic fuel production to realize efficient utilization of CO₂.It not only provided theoretical basis and guidance for developing new RWGS reaction catalysts but also offered feasible ideas and references for the future application scenarios of the RWGS reaction.

Key words: Reverse Water-Gas Shift, catalysts, reaction mechanism, CO₂

中图分类号:

TQ116

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图/表 10

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参考文献 46

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催化剂	反应温度/℃	n（CO₂）∶ n（H₂）	空速/ ［mL·（g·h）^-1］	CO₂转化率/%	CO选择性/%
Pt/CeO₂^［12］	450	1∶3	43 200	35	98
Pt/TiO₂^［13］	600	1∶3	12 000	56	100
PtW/Al₂O₃^［14］	450	1∶3	34 200	42	78
Cu/CeO₂^［15］	500	1∶3	300 000	41	100
NiCo/SiO₂^［16］	500	1∶4	15 000	50	47
Ni₁₂P₅-SiO₂^［17］	600	1∶4	6 000	44.8	91.8
CuIn/ZrO₂^［18］	600	1∶4	3 000	48	100
NiMo/Al₂O₃^［19］	600	1∶1	30 000	34
Ni/CeO₂^［20］	650	1∶1	6 000	38	94
RuFe/CeO₂^［21］	800	1∶1	6 000	47.5	100
PtCs/TiO₂^［22］	500	1∶4	30 000	44	98
Ni/NiCeZr^［23］	550	1∶3	50 000	48	87.5

催化剂	反应温度/℃	n（CO₂）∶n（H₂）	空速/［mL·（g·h）^-1］	CO₂转化率/%	CO选择性/%
RuNi/Ce_0.5Zr_0.5O₂^［30］	700	1∶4	24 000	72	91
In₂O₃-CeO₂^［31］	500	1∶1	24 000	19.98	100
Ni/Ce-Zr-O^［32］	750	1∶1	30 000	49.66	99.65
Ga₂O₃-CeO₂^［26］	500	1∶1	4 800	15	100
BaZr_0.8Y_0.2O₃^［28］	600	1∶1	2 400	26.7	93
BaZr_0.8Y_0.16Zn_0.04O₃^［28］	600	1∶1	2 400	37.5	97
BaCe_0.7Zr_0.1Y_0.16Zn_0.04O₃^［28］	600	1∶1	2 400	10.8	74
CuAl₂O₄-α^［27］	400	1∶3	9 960	37	100
Co_3-_x Al _x O₄^［33］	500	1∶5	55 000	53	98
K₃CuAlFe^［25］	550	1∶1	1 830	35
CeO₂-CaO^［34］	650		20 000	49	100

催化剂	反应温度/℃	n（CO₂）∶ n（H₂）	空速/［mL·（g·h）^-1］	CO₂转化率/%	CO选择性/%
Cu/β-Mo₂C^［36］	500	1∶2	300 000	28.9	99.0
Cu/β-Mo₂C^［36］	600	1∶2	300 000	40.0	99.2
α-Mo₂C^［37］	400	1∶1	2 000	15.9	99.3
介孔MoC^［35］	400	1∶4	12 000	16	100
Mo₂C/Al₂O₃^［38］	400	1∶3	3 000	24	94.5
Mo₂C/SiO₂^［38］	400	1∶3	3 000	27.5	98.5
Mo₂C/TiO₂^［38］	400	1∶3	3 000	8.5	97
Mo _x C-B^［39］	350	1∶3	3 000	18	~98
α-MoC_1-_x^［40］	600	1∶4	36 000	60	99
β-Mo₂C^［40］	600	1∶4	36 000	60	98

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