天然气制氢反应器的研究进展

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1、学兔兔www.xuetutu.com化工进展·10·CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS2012年第31卷第1期天然气制氢反应器的研究进展陈恒志，郭正奎(重庆大学化学化工学院，重庆400044)摘要：氢是一种理想的能源，高纯氢的制备是近年研究的一个重点，反应器的结构是制氢的关键。本文综述了固定床、流化床、膜反应器、等离子体反应器、太阳能反应器和微通道反应器在甲烷制氢研究中的应用，分析了各种反应器在制氢过程的特点以及不足之处，指出了制氢反应器的发展方向。关键词：天然气；制氢；反应器中图分类号

2、：TQ052．5文献标志码：A文章编号：1000—6613(2012)01—0010—09ResearchdevelopmentinreactorsforhydrogenproductionfrommethaneCHENHengzhi，GUOZhengkui(CollegeofChemistryandChemicalEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China)Abstract：Asagreatpotentialcleanenergy，purehydrogenprod

3、ucedbymethanehadattractedgreatattention，andthereactorisakeyissuefortheprocessofhydrogenproduction．Thereactorsforhydrogenproduction，suchasfixedbed，fluidizedbed，membranereactor，plasmareactor，solarreactorandmicrochannelreactorwerereviewedinthispaper．Meritsandlimitations

4、ofvariousreactorsandtheirdevelopmenttrendswerealsodiscussed．Keywords：methane；hydrogenproduction；reactor氢气是一种重要工业原材料，广泛应用于化反应器结构对于化学反应有重要的影响，虽然在进工、冶金以及航天等领域，由于燃烧时具有热值高、行工艺和催化剂研究都涉及反应器，但对于甲烷制无污染、资源丰富、可持续发展等优点，在不远的氢反应器缺乏系统的归纳总结。因此本文作者总结将来可能成为一种主要的能源u之J。目前，约96％的了在制氢研究中常用

5、的固定床和流化床反应器，同氢是以煤、石油和天然气等化石资源制取的。煤时对于膜反应器、等离子反应器、太阳能反应器、制氢易造成环境的污染，而石油资源越来越匮乏，微通道反应器等在天然气制氢中的研究也进行了分从氢碳比来看，天然气是制氢中各种原料原子效析总结。率最高的，因而甲烷裂解制氢有较大的潜在经济1固定床反应器效益。氢气是燃料电池理想的原料，纯氢原料可以直由于反应器内流体流动比较有规律，易于控制接进料，不需要燃料转化制氢系统，同时电池结构和调节，固定床反应器是应用最为广泛的气固催化简单、启动迅速，并且以氢为原料的燃料电池运行反应器之一

6、。Bai8】比较了由不同原料制备的焦炭时排出少量的洁净水，是真正的零污染。现有的天催化剂的反应活性，发现褐煤焦炭催化效果最好，然气水蒸气重整制氢和常规深冷分离或变压吸附分并对焦炭催化裂解动力学进行了研究，发现甲烷裂离净化氢技术尽管技术成熟，且在大规模工业用制氢过程中发挥重要作用，但无法满足燃料电池车对收稿日期：2011-07—04；修改稿日期：2011-09—11。基金项目：重庆市自然科学基金(CSTC2008BB6315)及中央高校基分布式小规模制氢的需求[¨]。本科研业务费(CDJZR10220007)项目。天然气制氢工艺主

7、要有甲烷直接裂解[、部分第一作者及联系人：陈恒志(1969一)，男，博士，副教授，主要从氧化[61以及水蒸气重整[7]等，都有大量的文献报道。事多相流反应工程研究。E-mailhzhchen@cqu．edu．ell。学兔兔www.xuetutu.com第1期陈恒志等：天然气制氢反应器的研究进展解反应的初始级数为0．5，活化能在89～105kJ／mol之间。甲烷裂解反应主要发生在催化剂微孔表面的活性炭上，反应导致催化剂表面积和微孔体积减小，催化剂颗粒直径增大；虽然各种活性炭结构差异很大，但裂解甲烷的能力相差不大⋯，在合适的操作条件

8、下，甲烷转换率超过90％，氢气纯度超过70％L1。固定床反应器内温度分布不均是困扰固定床应用的一个关键问题，因此改善固定床温度分布、避免出现飞温现象是在固定床上进行甲烷部分氧化研究的一个重要内容。金荣超等_zJ研究了甲烷部分氧化反应在固定床反应器中轴向的温度场分