主编推荐丨太原理工大学荆洁颖教授:面向低碳化工的合成气氢碳比调控技术研究进展
- 2026-05-30 21:59:44
1. 完整梳理技术体系
突破以往仅聚焦单一水煤气变换（WGS）的局限性，将合成气氢碳比调控工艺优化归纳为传统工艺优化、外源绿氢掺混、光电催化短流程、过程耦合集成四大技术路线，揭示氢碳比调控技术从单元优化向系统集成转型的核心趋势。
2. 总结了传统WGS瓶颈的突破性解决方案
针对传统WGS热力学受限、高CO2排放、催化剂易失活等问题，提出催化剂针对性优化+吸附/膜分离过程强化协同思路，大幅提升转化率与低碳性，为传统工艺优化提供明确路径。
3. 绿氢掺混方案的优势与局限
提出绿电价格、电解槽性能对制氢成本以及下游产品经济性的影响，明确绿氢现阶段仅适合作为辅助调控手段，需与其他技术结合使用，避免过度理想化应用。
4. 光电催化定制合成气的系统化总结
系统整理CO2电催化、光催化制备可调氢碳比合成气的催化材料与调控机制，建立调控范围、产率、适用性对比体系，为短流程、定制化合成气生产提供材料与原理支撑。
5. 多过程耦合与碳循环集成创新
提出多重整耦合、生物质气化-吸附强化-逆Boudouard反应集成、多原料共气化等新策略，实现合成气制备与氢碳比调控同步完成，显著提升能效与低碳水平。
顾成1,2, 刘雨欣1,2, 张金鹏1,2, 荆洁颖1,2, 李文英1
1. 太原理工大学 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室; 2. 太原理工大学 化学与化工学院
顾成，刘雨欣，张金鹏，等.面向低碳化工的合成气氢碳比调控技术研究进展[J].洁净煤技术，2026，32（1）：245−261.GU Cheng，LIU Yuxin，ZHANG Jinpeng，et al. Research progress in n(H2)/n(CO) regulation technology of syngas for low-carbon chemical industry[J].Clean Coal Technology，2026，32（1）：245−261.
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合成气n(H2)/n(CO)调控技术正在经历从传统的“被动调节”向“主动设计”转变的过程。早期以水煤气变换（WGS）为代表的工艺，主要依赖反应平衡特性进行被动调控，虽然技术成熟、工业应用广泛，但仍存在能耗较高、碳排放量较大等问题。近年来，以吸附强化水煤气变换（SEWGS）、膜反应器耦合以及CO2光电催化等为代表的新兴技术，通过“反应+分离”一体化、n(H2)/n(CO) “定制化”等手段，有望实现合成气n(H2)/n(CO)的实时控制与主动可设计，这种提升不仅在技术层面上优化了合成气生产的灵活性，也在系统层面上实现了生产低碳化。综合来看，未来合成气氢碳比调控技术关键突破方向主要集中在以下3个方面。
1）提升催化剂稳定性与低温活性，合成气n(H2)/n(CO)调控过程中广泛涉及CO转化与CO2利用反应，但现有催化剂普遍存在高温易烧结失活、低温反应速率受限等问题。因此，开发在200～300 ℃仍具高活性以及抗积碳、抗硫中毒性能的催化剂将是提升能效与降低运行成本的关键。
2）绿氢—合成气系统的智能动态调控：随着可再生能源在电力系统中的比例不断提高，电力供应会出现波动，这也会直接导致绿氢的产量和掺混比例不稳定。通过引入人工智能预测控制技术，可以实现n(H2)/n(CO)的动态匹配，从而在减小合成气n(H2)/n(CO)波动范围的同时，降低波动带来的能耗与经济成本。
3）开发多技术耦合的设计工具，未来的合成气n(H2)/n(CO)调控技术不仅依赖单一反应单元，而是涉及气化、催化、膜分离、吸附、CO2循环、电化学等多技术耦合。因此，建立基于流程模拟与大数据的标准化设计工具将有助于系统集成与方案优化，并加速实验室概念到工业应用的转化。
综上所述，合成气n(H2)/n(CO)调控正处于从单一工艺优化向系统集成和低碳化发展的关键阶段。未来，通过催化剂与工艺路线的协同提升、人工智能技术的引入，该领域有望在实现“双碳”目标的进程中发挥重要作用。
图1 AgZn3–Zn纳米片阵列复合催化剂结构[71]
图2 生物油SR–DR重整系统及产气n(H2)/n(CO)调控路径示意[85]
图3 甲烷蒸汽重整耦合甲酸分解生产可调n(H2)/n(CO)合成气[90]
图4 生物质吸附增强气化耦合碳利用流程[97]
图5 不同气化剂进料方式下的生物质气化流程[107]
图6 生物质–CO2–H2O共气化流程[108]
荆洁颖，女，1985年9月生，山西襄汾人，太原理工大学教授，博士生导师，山西省三晋英才支持计划青年拔尖人才，山西省三晋英才支持计划青年优秀人才，山西省高等学校优秀青年学术带头人，山西省优秀博士学位论文获得者，曾赴美国莱斯大学、伍斯特理工学院、瑞典梅拉达伦大学进行学习交流，入选国际清洁能源拔尖创新人才培养项目。主要致力于煤热解气液产物高值化催化基础研究，包括煤基液体产物加氢制高密度燃料，CO2原位捕集吸附强化制氢和CO2光热转化制化学品。作为负责人，主持国家自然科学基金面上项目、青年项目、国家重点研发计划课题、子课题、省部级项目及横向项目20余项。发表论文70余篇，授权国家发明专利13件，转化3件，出版/参编学术专著4部，多次应邀参加ACS、ICCST、PCC等能源环境化工领域重要会议并宣讲论文，研究结果获山西省自然科学二等奖。
策划丨白娅娜
责编丨陈思成
编辑丨李莎
审核丨白娅娜
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