甲烷蒸汽重整反应动力学研究

内燃机内甲烷水蒸气重整特性分析

内燃机内甲烷水蒸气重整特性分析高华光;龚希武【摘要】为了较为系统地认识甲烷水蒸气重整反应对内燃机性能的影响。

应用HSC 5．1软件对甲烷水蒸气重整反应在不同反应温度和水碳比的工况下进行分析，然后应用Chemkin‐pro程序，计算了在相同供热量下甲烷水蒸气重整气在不同物质的量比下比C H4的燃C H4消耗降低率。

结果表明，提高反应温度和水碳比可提高C H4的转化率；当温度为700℃、水碳比为3时，发热量提高了13．58％，在供热相同情况下，燃C H4消耗量可减少11．96％，C H4的转化率越高，循环效率越高；重整气效率比纯天然气高，随着物质的量比降低，重整气优势降低。

%To obtain a better view on the effect of steam reforming of methane (SRM ) reaction on performance of internal combustion (IC) engine ,by using HSC 5 .1 software ,SRM was analyzed at different temperature and steam/methane molar ratios .Then ,by using Chemkin‐pro software ,fuel consumption reduced rate of methane was calculated in synthesis gas of SRM and methane at different equivalence ratios .The results show that the increase of temperature and steam/methane molar ratios will increase conversion rate of methane .When the temperature is 700 ℃ andsteam/methane molar ratio is 3 under the same heating conditions ,heat value will increase 13 .58% ,fuel consumption will decrease 11 .96% ,and cycle efficiency of IC engine will increase with the increase of conversion rate of methane .Efficiency of synthesis gas of SRM is higher than pure methane ,unfortunately ,decreases with the decrease of the equivalentratio .【期刊名称】《石油与天然气化工》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】6页(P46-51)【关键词】化学回热循环;甲烷水蒸气重整;内燃机;HSC5.1;Chemkin【作者】高华光;龚希武【作者单位】浙江海洋学院船舶与海洋工程学院;浙江海洋学院船舶与海洋工程学院【正文语种】中文【中图分类】TE624化学回热循环燃气轮机(Chemically Recuperated Gas Turbine，CRGT)和液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)是船舶主动力装置应对能源危机和环境污染的有效手段和替代燃料[1-3]。

甲烷水蒸气的重整反应

甲烷水蒸气的重整反应
甲烷水蒸气重整反应是一种重要的化学反应，通常用于生产氢气。

该反应的化学方程式如下所示：
CH4 + H2O → CO + 3H2。

在这个反应中，甲烷（CH4）和水蒸气（H2O）在催化剂的作用下发生重整反应，生成一氧化碳（CO）和氢气（H2）。

这是一个热力学上的放热反应，需要适当的温度和压力条件来实现。

重整反应通常在催化剂的存在下进行，常用的催化剂包括镍、铑、铑镍合金等。

这些催化剂能够降低反应的活化能，促进反应的进行。

此外，反应条件的控制也对反应的进行起着重要作用，通常需要高温和适当的压力来实现较高的反应产率。

甲烷水蒸气重整反应是一种重要的工业反应，用于生产氢气，氢气广泛应用于氢能源、化工和石油加工等领域。

通过对该反应的研究和优化，可以提高氢气的产率和纯度，为相关领域的发展提供重要的支持。

总的来说，甲烷水蒸气重整反应是一种重要的化学反应，通过合适的催化剂和反应条件，可以高效地生产氢气，具有重要的工业应用和研究价值。

甲烷水蒸气重整制氢反应及其影响因素的数值分析

（华东理工大学机械与动力工程学院，上海２００２３７）
摘要：本文通过建立包含动量、能量、质量以及化学反应的多物理场耦合数值模型，以多孔介质模型表征催化剂层，对工业转化炉管中的甲烷水蒸气重整制氢过程进行了详细分析。计算得到了转化炉管内甲烷重整过程反应物及产物气体的速度、温度及浓度场分布，以此分析了甲烷重整制氢过程的反应特性，并阐明了转化炉管的
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｙ，Ｓｈｎｇａｈａｉ２００２３７，
ｒｅａｃｔｏｒｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｉｎｔｈｉｓｗｏｒｋ．Ｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｒｅａｃｔａｎｔａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｓｉｎｔｈｅｕｂｔｅｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＭＳＲｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｔｏｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｆｕｂｔｅｗａｌｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｓｔｅａｍ－ｍｅｔｈａｎｅ — ｒａｔｉｏｎｄａｉｎｌｅｔ

蒸汽甲烷重整、煤气化和电解水。

蒸汽甲烷重整、煤气化和电解水是现代能源技术领域的重要研究课题，它们在能源生产和利用方面具有重要的意义。

本文将从这三个方面进行介绍和分析。

Ⅰ 蒸汽甲烷重整1.1 蒸汽甲烷重整的定义蒸汽甲烷重整是一种利用水蒸气和甲烷进行化学反应产生氢气和二氧化碳的过程。

这是一种重要的氢气生产技术，也是清洁能源生产的关键环节之一。

1.2 蒸汽甲烷重整的原理通过高温下将甲烷与水蒸气进行反应，生成氢气和二氧化碳。

1.3 蒸汽甲烷重整的应用在石油化工、化肥和氢能源等领域有着广泛的应用。

1.4 蒸汽甲烷重整的发展前景随着清洁能源的发展，蒸汽甲烷重整技术将得到更广泛的应用，成为未来氢能源产业的重要支撑技术。

Ⅱ 煤气化2.1 煤气化的概念煤气化是指将固体煤转化为可燃气体的化学过程。

通过高温和压力下对煤进行化学反应，产生一种混合气体，其主要成分是一氧化碳、氢气和甲烷。

2.2 煤气化的原理利用煤的碳、氢等元素与氧气或水蒸气进行反应，生成可用于燃烧或化工生产的气态产物。

2.3 煤气化的应用煤气化技术被应用于煤炭化工、城市煤气生产、合成天然气等领域。

2.4 煤气化的挑战与发展煤气化技术在高效利用煤炭资源、减少污染排放方面具有重要意义，但也面临着技术成本高、环保压力大等挑战。

Ⅲ 电解水3.1 电解水的概念电解水是指经过电解过程产生氢气和氧气的化学反应，是一种大规模生产氢气的方法之一。

3.2 电解水的原理利用电流通过水溶液产生氢气和氧气的反应过程。

3.3 电解水的应用电解水技术被广泛应用于氢能源生产、电池制造等领域。

3.4 电解水的发展趋势随着氢能源的发展，电解水技术将得到更广泛的应用，并成为清洁能源生产的重要途径之一。

蒸汽甲烷重整、煤气化和电解水作为现代能源技术领域的重要研究课题，具有着重要的意义。

随着清洁能源的发展和氢能源产业的崛起，这三种技术将得到更广泛的应用，并在能源生产和利用方面发挥重要作用。

这些技术也面临着技术成本、环保压力等方面的挑战，需要不断加强研究和创新，推动其发展壮大。

甲烷干重整研究进展

组装和扩大规模的新型反应器，在低额定功率时其的反应物转化率比前一种反应器显著提高。ＡＭＧｏｂｎａｅｈｒａｚｄｈ等研究得出：冲冷等离子体可促脉使分子快速解离达到饱和，激发分子反应的进行，
的体积比，Ｈ和Ｃ：ＣＯ的转化率随总流量的增大而减小，原料气中加入适量的Ｈ明显提高ＣＣ：Ｈ和Ｏ
的转化率和有效的抑制积炭。ＷａｇＱ等对介质ｎｉ固
阻挡放电甲烷干重整的研究发现：大Ｃ增０在原料
甲烷干重整因具有如下的优点而受到越来越
多的关注：１甲烷和Ｃ（）Ｏ原料来源广泛，全球大如力发展可再生的生物天然气（沼气）约６％甲烷含０
和自热重整等。其中甲烷湿重整是传统的制氢方
第６期
赵
健等：甲烷干重整研究进展
５３
甲烷千重整研究进展
赵健，周伟，吉辉，建新汪马
（．１华东理工大学资源与环境工程学院，海２０３；上０２７２同济大学新能源汽车工程中心，．上海２１０；．大学汽车学院，０８４３同济上海２１０）０８４
体、剂、备方法、作参数、应机理及积炭等方面开展的研究工作及新的等离子体干重整技术研究取得的进展。助制操反关键词：甲烷；重整；合成气；究进展；化剂；离子体；干制研催料气Ｃ４Ｃｚ将Ｈ和Ｏ同时通人放电区域和等离子体射流区域，大提高了工艺的处大

浅谈催化重整的化学反应机理

浅谈催化重整的化学反应机理催化重整是一种制备高质量汽油和柴油的重要过程。

它是利用催化剂对烃类分子进行裂解和重组，形成碳数更高、分子结构更平稳的分子，以提高燃料的辛烷值和抗爆性能。

本文将会讨论催化重整反应机理及其化学过程。

CnHm+ nH2O → (n+m/2)H2 + nCO其中CnHm代表异构体或同分异构体。

这些反应的起始物质包括饱和或不饱和烷烃、环烷烃、芳香烃和气体。

催化重整的主要原理是将碳数较低的烃类分子转化为碳数较高的烃类分子，并降低芳香烃含量和环烷烃含量。

催化重整反应机理涉及三个主要步骤：1. 裂解反应这是一个拆分较大分子的过程，分子内键断裂，产生小分子碳氢化合物和自由基。

在催化重整反应中，烃类和蒸汽从反应器的进料中获得能量，使分子达到裂解所需的能量，然后通过催化剂表面的活性中心，裂解成碳数更低的烃类分子，如甲烷，乙烷，乙烯，丙烷和丙烯等，同时生成一些自由基，如H，OH，CO，C2H5。

这些自由基参与了后续的重组反应。

裂解反应的主要目的是将高分子量的烃类分子分解为较小的分子，以为后续重组反应提供原料。

2. 重组反应在裂解反应以后，多种小分子烃类分子在催化剂表面重新组装成更高分子量的烃类。

通常，一些烷烃与蒸汽重组成更高级别的烷烃，一些氢及其自由基与烯烃和芳烃结合形成烷烃，而一些甲基自由基与芳烃结合形成环烷烃。

重组反应过后形成了更高分子量、更稳定的分子。

3. 转移反应转移反应是指烃类中的某些部分被割裂并传递给其他分子，从而形成长链烃。

而其他一些原子在这个过程中被割裂和释放。

该反应的机理是芳香烃与甲基自由基的反应，分子中的氢离子被气体中的氢雾化，生成甲基芳香烃和 H2。

总的来说，催化重整反应机理的实质就是碳氢化合物的裂解、重排和重组等过程。

通过优化反应条件和催化剂配方，可以获得较高的转化率和选择性，从而获得更高质量的燃料。

通过不断地研究，可以改进制氢和精细化工行业的工艺，使它成为具有极高经济效益的工业领域之一。

甲烷水蒸气重整反应研究进展

甲烷水蒸气重整反应研究进展作者：张少军来源：《中国化工贸易·中旬刊》2019年第10期摘要：我国需要清洁、可靠的能源来代替传统能源物质，以更好地应对油价飙升、能源匮乏的现状。

能源领域的专家一致认为氢气可以作为21世纪的主要能源物质。

国际上最为有效的制氢工艺是甲烷水蒸气重整反应，这种工艺在反应器结构设计、材料和催化剂的种类等方面有很大的研究空间。

关键词：微反应器;燃料供应;催化剂;甲烷水蒸气重整1 甲烷水蒸气重整反应的过程与原理1.1 反应过程甲烷水蒸气重整反应过程中会出现一氧化碳的水汽转化，需要做好试验装置的密闭性。

重整反应流程包括以下内容：首先将反应所需要的原材料进行预热处理，并对原材料进行仔细的筛选避免出现杂质。

其次对甲烷水蒸气进行重整，通过水汽置换的方式将高温和低温进行转化。

最后将反应容器中的一氧化碳去除和甲烷化。

在甲烷水蒸气重整反应中所使用的催化剂主要为Ni/Al2O3，为了能准确的控制甲烷水蒸气重整反应速度，可以在催化剂表面添加助剂来控制积碳反应，进而控制化学反应速度。

如果想提升反应速度则可以将催化剂表面的助剂去除。

从化学方程式的角度考虑降低反应速度，可以加入适量的水蒸气来提高生成物的浓度进而抑制反应的速度。

甲烷水蒸气重整反应过程主要生成一氧化碳和氢气，为了提高氢气的產量，可以将生成的气体排入水汽转化反应器中，通过低、高温变化把一氧化碳与反应产物转化为二氧化碳、氢气，提高氢气产出率。

操作工艺内容是对反应中压力、水碳比、反应中温度、空速的控制，而且工艺操作需要对整个工艺进行统一规划。

1.2 重整反应机理在甲烷水蒸气重整反应的发展历程中提出了许多的反应机理，比如热裂解、两段反应机理;甲烷水蒸气反应两段机理内容是：甲烷经过炭化处理放出氢气，将生成的碳粉与水蒸气反应生成一氧化碳进一步生成氢气。

而目前最有效的反应机理是甲烷水蒸气重整反应是加Ni/Al2O3作为催化剂，在整个反应中以活动中心的形式存在，水分子与催化剂表面的原子反应生成氧原子与氢，在催化剂的作用下甲烷分子解离形成CH分子片，吸附氧而生成氢气与一氧化碳。

211086490_甲烷蒸汽重整制氢技术及进展浅析

甲烷蒸汽重整制氢技术及进展浅析采用ZnO与H2S反应生成ZnS以深度脱除S。

制氢过程中预重整、蒸汽重整、中温变换使用的催化剂（预重整和蒸汽重整催化剂为Ni/Al2O3，中温水气变换催化剂为Fe3O4/Cr2O3或ZnO/ZnAl2O4）容易被硫化物中毒失活，为深度脱除原料中的硫化物，保护下游过程的催化剂，常在预重整前进行加氢脱硫，保证整个制氢体系的长周期稳定运行。

预重整（PR）是将C2+饱和烃转化为C1和H2，避免进料温度过高造成C2+烃热分解积炭，使预重整后的C1和H2可以预热到更高温度。

预重整还可以将微量S充分脱除，保护后续催化剂长周期稳定运行。

此外，预重整的部分原料为合成气（CO+H2），可降低后续高温蒸汽重图1 甲烷蒸汽重整制氢工艺流程198研究与探索Research and Exploration ·工程技术与创新中国设备工程 2023.04 (上）温度约200℃，催化剂为Cu/ZnO/Al 2O 3，产品干气中CO 分数为0.25%。

变压吸附（PSA）是一种应用广泛的低成本氢气提纯工艺，利用不同气体分子在一些高比表面积吸附材料表面的吸附能力差异，通过多次反复吸附-脱附，最终将不同吸附能力的组分分离出来。

变压吸附包含吸附（A-Adsorption）、降压/均压（E 1-Pressure equalization）、顺放（PP-Provide purge）、逆放（D-Dump）、冲洗（P-Purging/Regeneration）、升压/均压（R 1/R 0-Repressurization）等六个步骤。

常规的吸附分离具有能耗低、压损小、纯度高、投资小、流程短、操作弹性范围大、原料适应性强等众多优点，但收率较低。

采用变压吸附后，氢气回收率提高到75~95%，氢气纯度提高到99.9%以上。

若氢气价值高，还可以采用真空变压吸附（VPSA）提高氢气回收率至95%以上。

甲烷蒸汽重整制氢技术经百年发展，工艺成熟，装置完善，经济可靠，制氢能力强，适合规模化生产，但也存在原料利用率不高和工艺复杂、操作难度大的缺点，不容忽视。

NiAl2O3在甲烷干气重整中的研究进展

Ni/AI 2O3在甲烷干气重整中的研究进展一、催化剂制备：通常情况下主要采用浸渍法和共沉淀法⑴，(在相同Ni 负载量下共沉淀法的活性更好)，也有研究表明采用溶胶-凝胶法⑵制备的Ni/AI 2O3有着更好的活性和稳定性。

浸渍法：将Al 2O3粉末添加到Ni(NO3)2溶液中，加热搅拌，烘干，煅烧。

共沉淀法：Ni(NO3)2和AI(NO 3)3溶液混合后，加入Na2CO3至PH=9, 洗涤、干燥和煅烧。

溶胶-凝胶法：Ni(CH3COO)2和SBA溶解在乙醇中，在333 K, 24 MPa的超临界CO2中干燥，煅烧。

二、甲烷干气重整机理研究CH4在金属表面活化分解，CO2主要在载体或者金属和载体的界面活化还原。

普遍认为，过程如下：CH4+(5-X)*—CH*+(4-x)H*CO2+H*—CO+OH*CH X*+OH*—CH X O*+H*CH X O*—CO*+X/2H 2CO* —CO+*2H* —H 2+2*其中，控速步骤可能为：CH4的分解；CH x O的分解；CO的形成和脱附；CH4分解形成的C与O反应等步骤。

这是因为：(1)不同的载体和助剂的影响；(2)转化反应进行中温度的影响。

采用Ni/Al 2O3体系用于机理研究主要有几下几方面：1、甲烷的活化：陈等人［10］利用原位红外，发现随着温度的升高，CH4的吸附量增加，表面在Ni/Al 2O3中呈现化学吸附形式，分别位于2242和2237 cm1。

Osaki等人⑷利用脉冲表面反应速率分析(PSRA)认为哉的产生主要来源于CH4+(5-X)*—CH<*+(4-x)H* 和CH x*+OH* —CH x O*+H* 并且也是控速步骤。

Verykios等人［5-6］利用同位素标记认为载体不同，对重整反应的机理有着一定影响，Ni/La 2O3中认为，CH4的活化是控速步骤；而在Ni/ Y AI 2O3中，CH X和CO2的活化的反应是控速步骤。

甲烷水蒸气重整制氢反应及其影响因素的数值分析

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2015年第34卷第6期·1588·化工进展甲烷水蒸气重整制氢反应及其影响因素的数值分析李培俊，曹军，王元华，徐宏，钟杰，刘波（华东理工大学机械与动力工程学院，上海 200237）摘要：本文通过建立包含动量、能量、质量以及化学反应的多物理场耦合数值模型，以多孔介质模型表征催化剂层，对工业转化炉管中的甲烷水蒸气重整制氢过程进行了详细分析。

计算得到了转化炉管内甲烷重整过程反应物及产物气体的速度、温度及浓度场分布，以此分析了甲烷重整制氢过程的反应特性，并阐明了转化炉管的壁面温度、原料气入口水碳比以及入口速度对甲烷转化率的影响。

结果表明：水蒸气重整在转化炉管的入口区域反应迅速，沿着气体流动方向，反应速率由于反应物浓度的不断降低而减小，导致混合气体流动速度和温度也逐渐趋于稳定；水碳比和转化管壁面温度的增加以及原料气体入口流速的降低，都会提高甲烷的转化率。

本文所得到的结论对于优化实际生产中甲烷水蒸气重整制氢反应的工况条件具有一定的参考和借鉴意义。

关键词：天然气；制氢；计算机模拟；影响因素；转化率；数值分析中图分类号：TE 646 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2015）06–1588–07DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2015.06.014Numerical analysis on methane steam reformingLI Peijun，CAO Jun，WANG Yuanhua，XU Hong，ZHONG Jie，LIU Bo （School of Mechanical and Power Engineering，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China）Abstract：By constructing a multiphysics coupled numerical model，which includes momentum，energy，and mass balance equations，as well as chemical reaction equations，and using porous medium model to characterize catalyst layer，the methane steam reforming (MSR）process in an industrial tube reactor was analyzed in detail in this work. The velocity，temperature，and concentration distributions of the reactant and products in the tube were obtained，which were used to analyze the characteristics of the MSR process，and to illustrate the impacts of tube wall temperature，steam-methane-ratio and inlet velocity on the conversion rate of methane. The results show that the reaction velocity of MSR is very fast at inlet area，and decreases gradually along gas flow direction because of the decreased concentration of reactant gases，which also induces mixture gas flow velocity and temperature become steady. The conversion rate of methane increases with increasing steam-methane-ratio and tube wall temperature，and decreasing reactant gas inlet velocity. The results will be helpful for optimizing the reaction condition of an actual MSR process.Key words：natural gas; hydrogen production; computer simulation; influence factors; conversion rate;numerical analysis氢能是最基本也是最优质的一种清洁能源，在车用能源、航天航空、化工技术以及生物制药等领域均具有广泛的应用前景[1-3]。

甲烷制氢技术研究进展

甲烷制氢技术研究进展
甲烷制氢技术是一种利用甲烷作为原料来制备氢气的技术。

以下是甲烷制氢技术研究的一些进展：
1. 常规甲烷蒸气重整技术：常规甲烷蒸气重整技术是目前应用最广泛的甲烷制氢技术。

该技术通过在高温下将甲烷与蒸汽反应，生成氢气和一氧化碳。

然后利用水煤气变换反应将一氧化碳转化为二氧化碳和额外的氢气。

2. 生物甲烷制氢技术：生物甲烷制氢技术利用甲烷生成菌（methanogens）将甲烷分解为氢气和二氧化碳。

这种技术可
以利用生物质废料、污水处理厂和沼气发酵等资源来制备氢气，具有潜在的可持续发展性。

3. 甲烷催化裂解技术：甲烷催化裂解技术利用催化剂将甲烷直接裂解为氢气和固碳。

这种技术可以在较低温度下实现甲烷的裂解，减少能量消耗和碳排放。

4. 甲烷燃料电池技术：甲烷燃料电池是一种将甲烷气体直接转化为电能的技术。

通过将甲烷和氧气在催化剂的作用下反应，生成电子、水和二氧化碳。

甲烷燃料电池具有高效、无污染的特点，逐渐成为一种重要的制氢技术。

甲烷水蒸气重整反应研究进展

甲烷水蒸气重整反应研究进展孙杰1，孙春文2，李吉刚1，周添1，董中朝1，陈立泉2【摘要】[摘要] 甲烷水蒸气重整（SMR）作为可与多种高温发电系统耦合的燃料供应过程，目前受到相当普遍的重视。

本文从SMR的过程和反应机理、甲烷重整催化剂材料和性能评价、传统反应器和微反应器的SMR性能比较，以及耦合SMR系统的匹配等方面，对SMR反应的研究进展进行了归纳和分析。

分析结果表明，目前与固体氧化物燃料电池（SOFC）耦合的SMR反应，尤其是与非传统的微小型反应器匹配的催化剂材料、反应器结构设计、结构与材料一体化的研究都有待深入。

【期刊名称】中国工程科学【年(卷),期】2013(000)002【总页数】9【关键词】[关键词] 甲烷水蒸气重整；机理；催化剂；微反应器；SOFC1 前言我国需要一种清洁、安全和可靠的能源来保障经济的可持续发展和人民的生活质量。

由于油价飙升、能源多样化和能源供应安全需求，以及全球环境问题，使天然气作为一种全球性的能源，近些年来得到广泛利用。

同样的原因，也使H2被视为未来的能源媒介[1～3]。

而目前，工业上H2的大规模生产多采用甲烷的重整。

用化石燃料制H2能够实现化石能源和可再生能源系统之间的平稳转换。

此外，H2可供多种燃料电池发电，这方面优势对于我国实现能源安全、空气质量、温室气体减排和工业竞争等能源相关政策的目标意义重大。

H2的主要特征在于它是一种清洁的能源媒体，它与氧结合释放出储存在H—H键中的化学能，而反应产物只有洁净的水蒸气。

因此，H2引起了政策制定者、科学家和企业等多方的兴趣。

甲烷水蒸气重整（SMR）反应是传统制取富氢合成气的重要途径，目前工业上较成熟的制氢工艺，也是最简单和最经济的制氢方法。

在生产氨水、甲醇以及其他化工产品的过程中，所需要的氢均由SMR制得。

SMR工艺从1926年开发应用至今，工程师们对此工艺做过了许多方面的改进，已经是应用于H2工业生产的成熟技术。

但目前，与固体氧化物燃料电池（SOFC）耦合的SMR过程，尤其是与非传统的微小型反应器匹配的催化剂材料、反应器结构设计、结构与材料一体化的研究都有待深入。

流化床膜反应器内甲烷蒸汽重整制氢气模拟研究

前言能源是人类社会生存和发展的基础，是文明社会取得进步的先决条件。

在人类开发和利用自然资源的漫漫历史长河中，能源成为工业化社会经济发展的“命脉”和“血液”，能源科技的每一次进步都会带来世界性的产业革命和经济飞跃，可以说人类的社会生产生活与能源息息相关。

氢能是最理想的清洁能源之一，具有能量密度高，效率高，无污染等特点。

近年来,由于质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术的突破,车载燃料电池陆续出现，这极大的推动了社会对氢能的需求。

在化学工业中, 氢气用量最大的是合成氨与石油炼制, 在其它领域, 如冶金、电子、玻璃、医药、食品、航天、能源等都需要用到氢气[1]近年来, 随着炼油过程中加氢重整与加氢裂化[2, 3 ]氢气需求量的增长, 以及石化行业如合成氨[4 ]、合成汽油[5, 6 ]、合成甲醇[7, 8 ]、费托合成[9, 10 ]等对氢气的需求呈增长趋势, 甲烷、石脑油、重油蒸汽转化与煤蒸汽气化制氢技术受到了更大重视. 特别是社会对环境质量的重视程度日益提高, 燃气排放物中的硫含量指标减少, 同时原油的加工程度不断加深, 这也增加了对氢气的需求. 氢气是一种洁净的燃料, 燃烧热值大而产物是水, 不会产生大量的温室气体如CO2、CH4和污染气体, 如SO2、NOx 等.多种概念和构型的燃料电池从技术上已经进入商业化时代[1 ], 特别是低温燃料电池允许的CO 含量在10- 6数量级[11]. 因而低温燃料电池对氢气的质量提出了新的要求.天然气由于储量丰富, 将是合成气生产进而生产氢气的主要原料. 尽管煤的储量更大, 而且价格便宜, 但其投资是以天然气为原料的合成气工厂的三倍. 因此, 本文主要讨论甲烷转化制氢气。

以低碳烃或碳为原料制氢时, 通常先制得合成气, 再经过变换、脱碳得到较纯的氢气. 据估计, 合成气生产成本约占整个制氢过程的60%～70% [12], 因此, 合成气生产成本对整个制氢成本具有重要影响.在这样的氢气需求背景下, 氢气生产的新工艺得到了发展, 并与传统的制氢技术相竞争。

甲烷水蒸气低温重整.

Ni/TiO2催化甲烷水蒸气低温重整摘要负载镍的二氧化钛（Ni/TiO2）被用于甲烷水蒸气低温重整反应的研究。

然而研究经常被报道，在传统高温条件下进行甲烷重整反应，二氧化钛负载金属的催化剂会失活，如此所示，它应该在一个温和的温度（400℃）下激活使用。

Ni/TiO2在500℃，甚至在较低的甲烷和水蒸气输入比（1:1）条件下，能够保持稳定和高效的氢气产量。

程序升温的研究表明，镍的存在和更有力的支撑交互作用是低温活化甲烷的关键，同时在水汽转换反应中，镍元素之间更弱的相互作用，使得其对氢气生成的生成做出贡献。

这个检测报告进一步证实，当相同的反应进行时，镍负载在惰性氧化物（二氧化硅）表面时，即镍元素间的主要的金属负载影响会较弱。

在500℃以及水和甲烷进料比为3:1的条件下，当输入SMR系统的蒸汽数量增加时，在Ni/TiO2催化剂作用下甲烷转化率增强，可以观察出甲烷转化率达到45%。

根据水和甲烷进料的比例，在96小时内，负载镍的二氧化钛催化剂展现出稳定的转化率和产品的选择性。

1.简介氢气是许多工业过程的关键原料同时高效的制氢技术在工业上具有重要作用。

应该进一步加强水分解制氢体系的研究，它在技术方面仍然不太成熟，大大的阻碍了实现更大规模的发展。

水碳重整，即通过水蒸气或者干气重是目前最有利的氢气生产途径。

干气重整具有吸收二氧化碳的优点，但是易于引起碳污染，，除非能找到合适的催化剂。

因此，传统的烃类蒸汽转化以甲烷蒸汽重整为主，在短期内，甲烷蒸汽转化仍然是最可行的工业制氢过程。

因为甲烷蒸汽重整反应是吸热反应，为了得到有效的转化率，甲烷蒸汽转化应该在800℃甚至更高温度下进行。

为了增加氢气产量，这就经常伴随着下游的水汽转换过程。

甲烷水蒸气重整反应需要的高温条件的能源消耗通常是通过焚烧天然气或者炼油厂的废料提供。

为了获得可持续的制氢方式，利用可再生的太阳能作为加热源是最理想的。

利用太阳能制氢的概念在1982年提出，随后对这个有希望的系统的详细研究推动了重整反应的进程。

蒸汽重整反应器__概述说明以及解释

蒸汽重整反应器概述说明以及解释引言1.1 概述蒸汽重整反应器是一种用于产生氢气的关键设备，通过将碳源与水的蒸汽进行反应，生成氢气和二氧化碳。

蒸汽重整反应器在能源生产、石化工业等领域有着广泛的应用。

本文将对蒸汽重整反应器进行详细的概述和解释。

1.2 文章结构本文将按照以下结构来介绍蒸汽重整反应器：引言、蒸汽重整反应器、蒸汽重整反应器的优点和应用领域、主要挑战和改进方向以及结论。

1.3 目的本文旨在介绍蒸汽重整反应器的定义、原理、操作条件以及其在高转化率和选择性方面的优势。

同时，将通过案例分析来探讨蒸汽重整反应器在氢能源生产与石化工业等领域中的具体应用。

此外，还将讨论蒸汽重整反应器面临的主要挑战，并提出改善方向。

最后，总结现有研究现状并给出未来发展建议，以期促进该技术的进一步发展和运用。

2. 蒸汽重整反应器：2.1 定义和原理：蒸汽重整反应器是一种用于产生氢气的化学反应装置。

其原理基于甲烷蒸汽重整反应（Steam Methane Reforming, SMR）以及水蒸汽的催化转化。

在该反应中，甲烷与水蒸汽发生化学反应，生成氢气和二氧化碳。

此过程采用镍或铂基催化剂，通过高温和高压条件实现。

2.2 反应器构造总览：蒸汽重整反应器通常由反应器本体、催化剂床层、加热系统和控制系统组成。

- 反应器本体：通常为圆柱形容器，内部附着催化剂床层。

材料选择需要满足高温、高压以及对于各种物质的耐受性。

- 催化剂床层：采用特殊材料将催化剂固定在内部，以提供充分的接触表面积来促进甲烷与水蒸汽的反应。

- 加热系统：通过外部加热源或内部回流方式提供所需的高温能量。

- 控制系统：用于监测和控制反应器的温度、压力和流量等参数，以确保反应器的安全和稳定运行。

2.3 反应器操作条件：蒸汽重整反应器的操作条件对反应效率和产物选择性有重要影响。

典型的操作条件包括：- 温度：通常在700°C至1000°C之间，高温可以促进甲烷与水蒸汽的反应速率。

高温堆甲烷蒸汽重整制氢系统性能热力学分析

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甲烷水蒸气重整的高活性和稳定性催化剂

甲烷水蒸气重整的高活性和稳定性的Rh/MgOAl2O3催化剂摘要高活性和抗积碳的Rh催化剂已经被开发用于甲烷水蒸气重整的微孔道反应。

Rh最佳化的负载在稳定的MgOAl2O3表面，以提高甲烷的体积转化率。

催化剂的活性在较广范围的水碳比下保持稳定。

尤其是，实验结果证明了Rh/MgOAl2O3催化剂在理论水碳比1:1时有很好的催化活性和抗积碳性，反应14h后催化剂没有失活的迹象。

这种催化剂对甲烷水蒸气重整反应的催化活性是通过与微通道反应和传统的微管反应相对比的。

在微孔反应中观察到的重要现象是因为加快了热量和质量的传递。

1综述甲烷水蒸汽重整反应在合成气生产、燃料合成和氢气生产中是一种主要的商业化工艺流程[1]。

该反应是一种低压下的强吸热反应。

传统的甲烷水蒸汽重整反应由于受到严格的质量和热量传递的限制，因此催化剂的有效因子一般低于5%[2]。

在过去十年里得到发展的微通道反应技术，为挑战传统的甲烷水蒸汽重整反应过程提供了突破口。

微孔道反应拥有一种像三明治一样的多层型结构，由大量的间隙小于1mm的紧密隔开的通道组成，这样减少了热量和质量传递的距离，因此提高了整体的效率。

所以，微孔道反应可以进行过程强化和超前的温度控制。

与传统反应的传热系数100~700w/m2k[7~9]相比，微孔道反应的传热系数高达10000~35000w/m2k[5,6]。

微孔道反应中，如此高的传热系数和比表面积，使得强吸热的甲烷水蒸汽重整反应可以在近乎等温的条件下操作，同时也为显著提高甲烷水蒸汽重整反应过程的效率提供了可能性。

为了完全的利用微孔道反应质量和热量传递的优点和获得更高的体积生产率，因此需要开发一种高活性、高稳定性的重整反应催化剂。

到目前为止，已被商业化的甲烷水蒸汽重整反应的催化剂，都是将Ni（12~20%Ni或者NiO）负载在耐热材料上，同时掺杂着各种各样的活性因子[10]。

钾、钙、镁等碱金属离子[11~14]作为抑制剂，加入的量被严格控制，从而阻止甲烷水蒸汽重整反应催化剂表面积碳的形成。

甲烷水蒸气重整反应的本征动力学实验研究

1催化剂的选择及处理选用国内某公司生产且被各炼油厂制氢装置
广泛使用的炷类蒸汽转化催化剂为研究对象进行实验，实物如图1所示。
10
图1催化剂实物
Fig. 1 Physical drawing
1.1催化剂分析表1为催化剂EDS （能谱仪）分析结果，图2
为催化剂表面的EDS能谱图。
表1催化剂EDS分析结果
该催化剂为镰基催化剂，活性组分为Ni,载体为a-Al2O3o由表1和图2可以看出，催化剂主要成分为O,A1和Ni,这3种成分的质量百分比占总量的90%以上，而少量的C,Fe和Si作为稀有成分，主要用来改善催化剂性能。 1.2催化剂的处理及装填
实验所选用的催化剂为商用大颗粒催化剂，原粒度的催化剂经机械粉碎机粉碎筛分后，取粒度大小为80 ~ 100目的催化剂颗粒进行实验。催化剂采用石英砂稀释，在反应器恒温区装填经过处理后的催化剂，并在催化剂上下两边依次用同等粒度的石英砂和大粒径的石英砂填充。为了避免催化剂被吹走或操作条件波动，床层两端用石英棉填充。反应器内催化剂装填方式如图3所示。
在实际工业反应器设计和优化中，往往是根据产物分布的范围来确定产物组成与工艺条件的关系。因此,从产物出发的第二类动力学方程被更多学者采纳。
在工业反应器设计及模拟优化过程中，需要收集有关重整反应的本征动力学方程信息。然而本征动力学方程与实验所选的催化剂有很大关联。搭建一套实验装置系统，并在Ni/Al2O3催化剂上进行甲烷、水蒸气重整反应的本征动力学实验研究,采用最小二乘法对实验数据进行分析处理，得到适用于Ni/Al2O3催化剂的本征动力学方程。
Table 1 EDS analysis of catalyst
w,%
C

甲烷干气重整热力学分析及反应器模拟与优化

甲烷干气重整热力学分析及反应器模拟与优化甲烷干气重整热力学分析及反应器模拟与优化甲烷干气重整(DRM)将甲烷转化和温室气体CO2资源化利用相结合,适于生产具有较低H2/CO比的合成气。

然而,在实际的DRM工业开发过程中存在反应器内温度梯度过大和积炭现象严重的问题。

针对这些问题,本文研究了反应器结构和操作条件对管式反应器内热效应的影响,并且结合平衡气原理和反应器模型探究了反应器内的积炭行为。

本文首先采用Gibbs自由能最小化法,研究了温度、压力和进料比对热力学平衡组成及转化率的影响;再者结合平衡气原理绘制出热力学积炭面积图,考察了温度和压力对热力学积炭曲线的影响。

热力学研究表明石墨碳比晶须碳更容易生成,此外大于700℃时升高温度和降低压力可以使DRM反应体系的积炭风险减小。

然后采用反应器反应-传质-传热过程模拟计算,探究了反应器的结构和操作条件对两类工业化反应器(TR1和TR2)性能的影响。

反应器模拟结果表明:对催化剂进行适当稀释和采用较小的管径都可以很好地控制管式反应器内温度的变化,而提高进料温度对管式反应器的性能基本没有影响;增大进料总压力会降低温度梯度和甲烷的平衡转化率;进料CH4/CO2的比例不会显著影响管式反应器内的温度分布,但是会严重影响甲烷的平衡转化率。

最后,结合平衡气原理与反应器模拟,针对三个积炭反应(甲烷裂解反应、CO歧化反应和CO还原反应),分别研究了不同反应体系和操作条件对管式反应器内积炭区域的影响。

反应器积炭行为研究表明:对于DRM反应体系而言,仅通过改变进料中CO2/CH4的比例无法避免积炭问题,三个积炭反应均能产生积炭;对于DRM 反应体系中添加H20而言,可以通过提高进料温度和管壁温度、适当降低进料总压力和进料CH4摩尔分数、适当提高进料H2O/CO2摩尔比等方式来减小管式反应器内的积炭风险。

本文的研究结果将为管式反应器的设计、DRM操作条件的优化以及管式反应器内积炭抑制方法的开发提供一定的理论指导。

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