NETL 研究人员开发并获得专利的新型催化蒸汽气化工艺，可从煤和生物质中生产无氮、富氢的合成气流，这种方法可以降低传统合成气生产的成本。

合成气是一氧化碳和氢气的混合物，可用于发电或生产液体燃料。用煤生产合成气需要气化，这一过程可以将任何碳基原料（如煤）转化为合成气。气化发生在气化器中，气化器通常是一种高温/高压容器，氧气和蒸汽直接与煤接触，发生化学反应，将原料转化为合成气。

当使用空气为气化过程提供氧气时，产生的合成气会被氮气稀释，这是不可取的。另一种选择是在气化之前将氧气从空气中分离出来，但这非常昂贵。

仅使用蒸汽而不使用氧气进行气化会导致合成气生产率低，并且需要催化剂来提高合成气产量。在蒸汽气化过程中，煤被浸渍在催化溶液中，气化后必须从灰烬中回收该溶液，这一过程在商业过程中不易实施。

在NETL专利工艺中，催化剂保留在反应器中，煤和蒸汽可以连续添加到反应器中，避免了传统工艺所需的繁琐的额外步骤。该新工艺的美国专利号为 12,122,967，已于 2024 年 10 月颁发。

据 NETL 功能材料团队的物理研究科学家 Ranjani Siriwardane 称，他进行了关键研究，并与 NETL 研究人员 Jarrett Riley 和 Chris Atallah 共同撰写了有关这一突破的论文，新工艺不同于传统的催化气化，因为催化剂位于反应器床层中，可以提高煤的转化率。

“由于该工艺产生的合成气流不含氮，因此无需使用传统气化工艺中所使用的昂贵空气分离装置，”Siriwardane 说道。“此外，在类似反应条件下，新催化工艺中富氢合成气的生产速度明显快于煤/蒸汽。”

她指出，除了煤炭之外，该工艺还可用于从其他固体燃料（如木屑等生物质）中生产合成气。

通过新工艺生产的富氢合成气具有许多有益的应用。氢气是所有已知燃料中单位重量能量含量最高的，是一种极好的能源载体。它可用于内燃机和燃料电池，并可用于化学加工、石油回收和精炼、金属生产和制造以及航空航天。由于 NETL 工艺产生的合成气未用氮稀释，因此合成气制氢过程中产生的二氧化碳可直接用于封存或其他用途。

化学工业是合成气的最大用户之一，用于生产甲醇、各种肥料、溶剂和塑料（如聚氨酯和尼龙）、以及树脂、药物、粘合剂和油漆。

Siriwardane 表示：“由煤生产的合成气可以转化为有用的产品，同时提供一种利用煤中碳而不产生二氧化碳排放的方法。”利用气化工艺将煤炭转化为电力将发挥越来越重要的作用。全球煤炭价格稳定，供应充足，是气化技术的主要原料选择。

使用铜/铁铝尖晶石催化剂、煤和蒸汽在流化床反应器中演示了生产无氮合成气的新型 NETL 工艺，其中原料为 Wyodak 煤和 Rosebud 煤（均为亚烟煤）、褐煤和伊利诺伊州 6 号煤（一种烟煤）。

NETL 是美国能源部下属的国家实验室，致力于推动创新，为未来的能源安全提供解决方案。NETL 凭借其专业知识和研究设施，正在推进技术进步，以释放美国经济实惠、可靠且安全的国内能源和自然资源。

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