下载文档原格式
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。
甲烷蒸汽重整制氢反应器的模拟与分析雷晓健;王元华;张英;厉勇;徐宏【摘要】以工业上顶烧式制氢转化炉为研究对象,建立制氢反应器的一维拟均相数学模型.使用Matlab软件采用四阶龙格-库塔算法求解数学模型,模拟分析了反应管内催化剂床层温度和各组分的浓度分布;研究了甲烷蒸汽重整制氢工艺条件的变化对甲烷转化率和工艺气出口温度的影响规律.结果表明:水碳比、炉膛温度和入口温度的增加及空速的降低均会提高甲烷转化率和工艺气出口温度,而入口压力的变化的影响并不显著.本文所得结论对实际生产中甲烷重整制氢工艺条件的优化有一定参考意义.%Base on the industrial top burning type furnace, a one-dimensional pseudo-homogeneous mathematical model of hydrogen production reactor was established. The model was calculated by the method of Runge-Kutta with Matlab. The concentration of each component and temperature distributionin of the reactor were analyzed. The influence of process conditions of methane steam reforming (MSR) on methane conversion and outlet temperature were studied. The results show that the methane conversion and outlet temperature increase with increasing steam-methane ratio, furnace temperature and inlet temperature, and decreasing space velocity. The effect of inlet pressure was not significant. The results will be helpful for optimization of process conditions of MSR.【期刊名称】《天然气化工》【年(卷),期】2017(042)005【总页数】11页(P67-76,83)【关键词】甲烷蒸汽重整;氢;反应器;数学模拟;优化设计【作者】雷晓健;王元华;张英;厉勇;徐宏【作者单位】华东理工大学,上海 200237;华东理工大学,上海 200237;中石化抚顺石化研究院,辽宁抚顺 113001;中石化抚顺石化研究院,辽宁抚顺 113001;华东理工大学,上海 200237【正文语种】中文【中图分类】TQ116.25;TQ052;TQ019世界能源利用方式正朝油气向新能源转换方向发展，形成了以煤、天然气、石油和新能源为主的“四足鼎立”的能源新格局，氢能因其“高效、清洁、无碳”等优点得到各国学者的普遍关注，被认为是未来最有前景的能源之一[1-3]。
一种甲烷水蒸气重整制氢的方法氢气是一种清洁、高效、可再生的能源，具有广泛的应用前景。
甲烷水蒸气重整制氢是目前最主要的工业化氢气生产方式之一。
本文将介绍一种新型的甲烷水蒸气重整制氢的方法，其具有高效、节能、环保等优点。
一、传统的甲烷水蒸气重整制氢方法存在的问题传统的甲烷水蒸气重整制氢方法主要有两种：一种是常压下的重整，另一种是高压下的重整。
常压下的重整反应需要高温高压，反应热量损失大，能量利用率低，同时还会产生大量的二氧化碳等有害气体。
高压下的重整反应需要更高的压力和温度，设备成本高，同时也存在能量利用率低、产生有害气体等问题。
二、新型甲烷水蒸气重整制氢方法的原理新型甲烷水蒸气重整制氢方法采用的是一种低温等离子体反应技术，其原理是在等离子体场中，甲烷分子和水蒸气分子受到高能电子的激发，发生碰撞解离，生成氢气和一氧化碳等产物。
这种反应过程不需要高温高压，能量利用率高，同时也不会产生二氧化碳等有害气体。
三、新型甲烷水蒸气重整制氢方法的优点1. 能耗低：新型甲烷水蒸气重整制氢方法不需要高温高压，能量利用率高，能耗低。
2. 环保：新型甲烷水蒸气重整制氢方法不会产生二氧化碳等有害气体，符合环保要求。
3. 可控性好：新型甲烷水蒸气重整制氢方法可以根据需要进行调节，反应过程可控性好。
4. 适用范围广：新型甲烷水蒸气重整制氢方法适用于各种规模的氢气生产，具有广泛的应用前景。
四、新型甲烷水蒸气重整制氢方法的应用前景新型甲烷水蒸气重整制氢方法具有高效、节能、环保等优点，适用于各种规模的氢气生产，具有广泛的应用前景。
在未来的氢能源产业中，该方法有望成为主流的氢气生产方式之一。
五、结论本文介绍了一种新型的甲烷水蒸气重整制氢的方法，其采用低温等离子体反应技术，能耗低、环保、可控性好、适用范围广，具有广泛的应用前景。
在氢能源产业的发展中，该方法有望成为主流的氢气生产方式之一。
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]。
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标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]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/TiO 2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。
天然气制氢的化学方程式嘿，朋友们！今天咱们来聊聊天然气制氢这超酷的事儿。
天然气主要成分是甲烷（CH₄），它制氢就像是一场奇妙的化学魔法秀呢。
首先啊，甲烷和水蒸气发生反应，这个反应方程式是CH₄ + H₂O → CO + 3H₂。
你看这甲烷啊，就像一个慷慨的大老板，遇到水蒸气这个小助手后，就开始大变身啦。
“噗”的一下，吐出一个一氧化碳（CO），还一下子放出三个氢气（H₂），这氢气就像一群活泼的小精灵，一下子就冒出来好多呢。
然后呢，这个一氧化碳还不老实，它还要继续和水蒸气反应，方程式是CO + H₂O → CO₂+ H₂。
一氧化碳就像是个调皮的捣蛋鬼，又拉着水蒸气去玩另一个游戏了。
结果呢，变成了二氧化碳（CO₂）这个有点沉闷的家伙，不过又多了一个氢气小精灵。
这就像是捣蛋鬼玩游戏，最后还送了个小惊喜。
总的来说，天然气制氢的主要反应就是把甲烷和水蒸气变成一氧化碳、二氧化碳和氢气，合起来方程式就是CH₄ + 2H₂O → CO₂ + 4H₂。
这整个过程就像是一场超级有趣的接力赛，甲烷先跑第一棒，和水蒸气产生一氧化碳和氢气，一氧化碳接着跑第二棒，再和水蒸气变成二氧化碳和氢气，最后得到好多好多氢气小宝贝。
你想啊，甲烷本来是个单一的小分子，就像一个孤独的小战士，经过这一系列反应，就像小战士召集了一群氢气小盟友，那场面，简直就像在化学的世界里开了一场盛大的氢气派对。
而且这个制氢的过程啊，就像从一个普通的小盒子里，掏出了好多闪闪发光的氢气宝石一样神奇。
再看这方程式里的各种元素和分子，就像一群有个性的小伙伴。
甲烷是那个有点能量的带头大哥，水蒸气是善变的魔法助手，一氧化碳是中间的调皮鬼，二氧化碳是有点无奈的产物，而氢气呢，就是最最耀眼的明星产品啦。
从能量的角度看，这个反应就像把甲烷里储存的能量，像打开宝藏一样，转化成氢气这个新的能量宝藏。
这氢气啊，以后可是有大用处的，就像一个潜力无限的新星，等着在能源的天空中大放异彩呢。
烃类水蒸气制氢产氢量计算
烃类水蒸气制氢是一种重要的化学反应，通常用于工业生产中。
在这个过程中，烃类化合物（比如甲烷、乙烷等）与水蒸气反应生
成氢气和二氧化碳。
这个反应的产氢量可以通过化学方程式来计算。
首先，我们要知道烃类水蒸气制氢的化学方程式。
以甲烷为例，其反应式为：
CH4 + H2O → CO + 3H2。
根据这个方程式，1摩尔的甲烷和2摩尔的水蒸气反应可以产
生1摩尔的氢气。
这是理论产氢量，但在实际生产中，会有一些因
素影响产氢量，比如反应条件、催化剂等。
要计算实际产氢量，需要知道反应中使用的烃类化合物和水蒸
气的摩尔量，然后根据化学方程式的摩尔比关系来计算产氢量。
另外，还需要考虑反应的转化率和选择性，这些可以通过实验来确定。
除了化学方程式和实验数据，还需要考虑反应的热力学参数，
比如反应焓变。
这些参数可以帮助我们更准确地计算产氢量。
总的来说，烃类水蒸气制氢的产氢量计算涉及到化学方程式、摩尔计算、实验数据和热力学参数等多个方面，需要综合考虑才能得出准确的结果。
2019年普通高等学校招生全国统一考试理科综合能力测试（北京卷）（续上）27．（14分）氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。
（1）甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4∶1，甲烷和水蒸气反应的方程式是______________。
②已知反应器中还存在如下反应：i.CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ΔH1ii.CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH2iii.CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH3……iii为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用__________反应的ΔH。
③反应物投料比采用n（H2O）∶n（CH4）=4∶1，大于初始反应的化学计量数之比，目的是________________（选填字母序号）。
a.促进CH4转化b.促进CO转化为CO2c.减少积炭生成④用CaO可以去除CO2。
H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如下图所示。
从t1时开始，H2体积分数显著降低，单位时间CaO消耗率_______（填“升高”“降低”或“不变”）。
此时CaO消耗率约为35%，但已失效，结合化学方程式解释原因：____________________________。
（2）可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。
通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。
①制H2时，连接_______________。
产生H2的电极反应式是_______________。
②改变开关连接方式，可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：________________________。
28．（16分）化学小组实验探究SO2与AgNO3溶液的反应。
（1）实验一：用如下装置（夹持、加热仪器略）制备SO2，将足量SO2通入AgNO3溶液中，迅速反应，得到无色溶液A和白色沉淀B。
