CO2加氢制醇类燃料的热力学与动力学研究：逆水煤气变换与费托反应的协同路径分析

《The Journal of Chemical Thermodynamics》：Thermodynamic analysis and kinetics studies of CO 2 hydrogenation to alcohols by reverse water gas shift and Fischer-Tropsch reactions

本文通过热力学平衡分析（Aspen Plus V12.1模拟）与动力学实验，系统探讨了温度、压力及H2:CO2比例对CO2氢化为甲醇、乙醇、乙二醇等醇类燃料的影响，揭示了逆水煤气变换（RWGS）与费托反应（FTS）在C2+产物合成中的关键作用，为低碳燃料催化剂的优化设计提供了理论依据。

　　

亮点（Highlights）

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  逆水煤气变换反应（RWGS）的活性与一氧化碳（CO）选择性在高温条件下显著提升，但压力对其影响微弱，反而抑制CO生成。提高H₂:CO₂摩尔比可促进CO₂转化，却会降低CO选择性，同时加剧甲烷（CH₄）的生成。
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  CO₂甲烷化作为强放热反应，其热力学平衡在低温高压环境下更有利于甲烷合成，但实际反应常受动力学限制，需借助高效催化剂突破能垒。
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  甲醇（CH₃OH）合成在低温高压条件下热力学优势明显，而高温会引发逆水煤气变换副反应，导致选择性下降。
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  乙醇（C₂H₅OH）的合成在宽泛的温度与压力范围内均具备热力学可行性，但实际催化体系仍需解决C-C偶联效率低下的难题。
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  乙二醇（C₂H₆O₂）的生成仅在低于200°C的低温条件下具有热力学优势，高温会彻底抑制其形成，凸显了该路径对反应条件的极端敏感性。

结论（Conclusions）

热力学研究表明：逆水煤气变换反应（RWGS）依赖高温驱动，而CO₂甲烷化与甲醇合成则偏好低温高压环境；乙醇合成路径具备较宽的工艺窗口，而乙二醇的生成严苛受限于低温。动力学实验进一步揭示，多数催化剂在反应中接近热力学平衡状态，但RWGS与甲醇合成催化剂的表现更倾向于动力学控制，说明其反应速率受催化活性主导而非热力学极限。这一发现为针对不同产物优化催化剂与反应条件提供了关键指导。