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天然气蒸汽重整制氢技术研究现状王斯晗;张瑀健【摘要】甲烷水蒸汽重整是目前广泛应用的制氢方法,具有工艺成熟、装置运行可靠、经济性强、环保和资源合理利用等优点,在适应大规模生产方面具有不可比拟的优势,但面临着工业设备投资大及催化剂易积炭失活的问题.国内外对甲烷水蒸汽重整的重点研究方向是制备高活性、高稳定性和强抗积炭性能的催化剂以及研制低水碳比条件下应用的催化剂,有效降低能耗.甲烷水蒸汽重整催化剂分为非贵金属催化剂、负载贵金属催化剂和过渡金属碳化物及氮化物催化剂,这些催化剂均能在高空速下使反应达到热力学平衡,甲烷转化率和CO/H2选择性均很高.金属活性组分负载量、载体、助剂及负载过程对催化剂活性、稳定性和选择性有重要的影响.同时,在甲烷水蒸汽重整反应过程中,催化剂活性组分的烧结、重新组合以及催化剂表面的积炭均可以引起催化剂失活,其中,催化剂表面积炭是最主要的影响因素,积炭反应是发生C-H和C-C键断裂后的表面碳聚反应,可引起活性中心中毒,堵塞孔道,甚至使催化剂粉化.积炭反应的影响因素包括添加稀土金属氧化物、催化剂制备工艺和催化剂的载体.【期刊名称】《工业催化》【年(卷),期】2016(024)004【总页数】5页(P26-30)【关键词】石油化学工程;甲烷水蒸汽重整;制氢;积炭【作者】王斯晗;张瑀健【作者单位】东北石油大学,黑龙江大庆163714;中国石油石油化工研究院大庆化工研究中心,黑龙江大庆163714;中国石油石油化工研究院大庆化工研究中心,黑龙江大庆163714【正文语种】中文【中图分类】TE624.9+2;TQ426.95综述与展望CLC number:TE624.9+2；TQ426.95 Document code: A Article ID: 1008-1143(2016)04-0026-05H2具有热转化效率高、环境零污染、能量密度高和输送成本低等优点，是目前最具吸引力的清洁高效能源，在石油化工和动力燃料行业中均有广泛应用[1-2]。
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。
天然气重整催化剂空速-概述说明以及解释1.引言1.1 概述天然气重整催化剂是用于将天然气转化为合成气的关键催化剂。
合成气是一种重要的工业原料，可用于制备合成油、化学品和燃料等。
天然气重整催化剂能够在高温和高压条件下，将天然气中的甲烷和水蒸气进行反应，生成一氧化碳和氢气。
这个反应过程被称为重整反应，是合成气的主要生产方式之一。
天然气重整催化剂的关键成分是镍，它具有良好的催化性能和热稳定性。
该催化剂能够在相对较低的温度下实现高效的重整反应，从而提高合成气的产率和纯度。
同时，天然气重整催化剂还能抑制副反应的发生，提高整个反应过程的选择性，减少能源的浪费和环境污染。
在天然气重整催化剂的选择和设计中，催化剂的空速是一个重要的考虑因素。
空速是指单位时间内通过催化剂床层的气体流量，通常以体积或质量的形式表示。
适当的催化剂空速可以保证反应过程的高效进行，同时避免过高的空速可能引起的催化剂烧结和损耗。
在实际应用中，天然气重整催化剂的空速选择需要综合考虑反应速率、催化剂的性能和设备的限制等多个因素。
过低的空速可能导致催化剂床层内的反应不能充分进行，降低合成气的产率和纯度；而过高的空速则可能引起催化剂颗粒的磨损和催化剂床层的烧结，从而影响催化剂的稳定性和使用寿命。
因此，在天然气重整催化剂的应用和设计中，合理选择和控制催化剂的空速是非常重要的。
通过合适的实验和计算方法，可以确定最佳的催化剂空速范围，以确保反应的高效进行，并实现催化剂的长期稳定运行。
1.2 文章结构文章结构是指将文章的内容按照一定的逻辑顺序进行组织和安排，以确保文章的逻辑性和易读性。
在本文中，我们将按照以下结构组织文章：2.正文2.1 第一个要点在这一部分，我们将介绍天然气重整催化剂的概念、特性和应用。
首先，我们将详细解释天然气重整催化剂的定义和原理，包括其在天然气加工中的重要性和作用。
其次，我们将介绍天然气重整催化剂的组成和结构，包括其常见的载体材料和活性组分。
《高稳定性Ni-CeO2-Al2O3甲烷干重整催化剂的合成及其性能研究》篇一高稳定性Ni-CeO2-Al2O3甲烷干重整催化剂的合成及其性能研究一、引言随着能源需求的不断增长和传统能源的日益枯竭，寻找可再生和清洁的能源已成为全球的迫切需求。
甲烷作为一种潜在的清洁能源，其干重整反应产物主要为氢气和一氧化碳等气体，可以广泛应用于生产化学品、清洁燃料以及高温燃料电池等领域。
然而，甲烷干重整反应过程复杂，需要高效的催化剂来提高反应效率和稳定性。
因此，开发高稳定性的甲烷干重整催化剂具有重要的研究价值和应用前景。
本文以高稳定性Ni/CeO2-Al2O3甲烷干重整催化剂为研究对象，详细研究了其合成方法、物理化学性质及催化性能，为进一步优化催化剂的制备工艺和实际应用提供理论依据。
二、材料与方法1. 催化剂的合成本实验采用共沉淀法制备了Ni/CeO2-Al2O3甲烷干重整催化剂。
首先，将Ce(NO3)3和Al(NO3)3按一定比例溶于蒸馏水中，再加入一定量的Ni(NO3)2溶液，搅拌混合均匀后加入沉淀剂，经过沉淀、洗涤、干燥和煅烧等步骤得到催化剂。
2. 催化剂的表征利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量散射X射线光谱(EDS)等方法对催化剂的晶体结构、微观形貌、元素分布等进行表征。
3. 催化剂性能测试在固定床反应器中，以甲烷为原料气，通过改变反应条件（如温度、压力、空速等），考察催化剂的活性、选择性和稳定性等性能。
三、结果与讨论1. 催化剂的表征结果XRD结果表明，催化剂中Ni以金属态存在，与CeO2和Al2O3形成了良好的相互作用。
SEM和TEM图像显示，催化剂具有较高的比表面积和均匀的孔隙结构。
EDS分析表明，Ni、Ce 和Al元素在催化剂中均匀分布。
2. 催化剂的活性评价实验结果表明，Ni/CeO2-Al2O3催化剂在甲烷干重整反应中表现出较高的活性。
随着反应温度的升高，甲烷转化率和产物选择性均有所提高。
![一种甲烷水蒸气重整制氢催化剂及其制备方法和应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/284d851059fb770bf78a6529647d27284b733766.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010916362.0(22)申请日 2020.09.03(71)申请人 天津大学地址 300072 天津市南开区卫津路92号(72)发明人 李国柱 肖周荣 张香文 王涖 刘国柱 (74)专利代理机构 北京市领专知识产权代理有限公司 11590代理人 钟华 任永利(51)Int.Cl.B01J 23/83(2006.01)C01B 3/40(2006.01)(54)发明名称一种甲烷水蒸气重整制氢催化剂及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开一种甲烷水蒸气重整制氢催化剂，其载体为以纳米棒形式存在的氧化铈，活性组分包括位于载体上的氧化镍纳米颗粒，基于催化剂的总质量，Ni的负载量为0.1‑40％。
进一步，催化剂中还掺杂镨(Pr)，催化剂中Pr的掺杂量为0‑50％。
本发明采用调控载体形貌及掺杂的手段来提升催化剂表面的氧空位。
通过制备氧化铈纳米棒的调控载体形貌，以增加催化剂的表面氧空位；通过在氧化铈纳米棒载体中掺杂元素Pr进一步增加催化剂的表面氧空位。
载体上丰富的氧空位有利于原料水的活化和解离，进而增加甲烷水蒸气重整的活性及稳定性。
该方法简单，成本极低，降低工艺危险性，缩减工艺流程，降低甲烷水蒸气重整转化的能耗和资金，从而增加甲烷水蒸气重整制氢的效率。
权利要求书1页 说明书6页 附图6页CN 111974401 A 2020.11.24C N 111974401A1.一种甲烷水蒸气重整制氢催化剂，其特征在于，其载体为以纳米棒形式存在的氧化铈，活性组分包括位于所述载体上的氧化镍纳米颗粒，基于所述催化剂的总质量，Ni的负载量为0.1-40％。
2.根据权利要求1所述的甲烷水蒸气重整制氢催化剂，其特征在于，所述催化剂中还掺杂镨Pr，基于所述催化剂的总质量，Pr的掺杂量为0-50％。
3.根据权利要求1所述的甲烷水蒸气重整制氢催化剂，其特征在于，所述载体纳米棒的长度为20-200nm；所述活性组分氧化镍纳米颗粒的尺寸为5-20nm。
以甲烷重整方式利用煤气化显热的多联产能源方法及系统申请号/专利号：200710177471以甲烷重整方式利用煤气化显热的多联产能源方法及系统，涉及电力和化工生产技术领域。
该系统包含气化子系统、甲烷重整子系统、余热回收子系统、化工合成子系统和电力生产子系统。
在本系统方法中，气化炉生产的高温气化煤气以换热方式向甲烷水蒸气重整反应器提供反应热量，以换热式重整反应器取代传统的辐射换热器，将部分高品位物理能转化为合成气的化学能，并且利用气化煤气富碳和重整反应气体富氢的特点，根据化工产品的生产要求将二者按不同比例混合，免去传统煤基化工产品生产过程中的变换流程，并降低了天然气／焦炉煤气中甲烷处理的能耗。
本发明将化工生产和电力生产结合起来，有效避免了彼此能量利用方面不利因素。
申请日：2007年11月16日公开日：2008年06月04日授权公告日：申请人/专利清华大学权人：申请人地址：北京市100084信箱82分箱清华大学专利办公室发明设计人：倪维斗;高健专利代理机构：代理人：专利类型：发明专利分类号：C10J3/00;C10J3/86;F01K23/10点此查看跟该专利相关的主附图\公开说明书\授权说明书蒸汽甲烷重整方法一种蒸汽甲烷重整方法，其包括：加热含烯烃和氢气的进料物流至不大于约６００℃的温度；使进料物流中的氢气和烯烃与能够促进加氢和部分氧化反应的催化剂接触，在未添加氧气的情况下使所述氢气和烯烃进行催化反应而生成包含由烯烃加氢形成的饱和烃的中间产物物流，进料物流的加热是充分的和／或烯烃在进料物流中的浓度是足够的，使得中间产物物流在大于约４００℃的温度下产生；和使至少部分由中间产物物流形成的重整器进料物流和蒸汽物流在蒸汽甲烷重整器中反应，从而获得合成气产物物流，该合成气产物物流比进料物流具有更多摩尔的氢气并且还包含一氧化碳、水和二氧化碳；氢气和烯烃的催化反应在含催化剂的反应器中在大于约１０，０００／时普莱克斯技术有限公司的空速下并且在具有足够量的氢气的情况下进行，使得重整器进料物流具有小于约０．５％的烯烃的烯烃内容物，按体积基于干基计。
甲烷蒸汽重整制备氢气的技术优化甲烷蒸汽重整制备氢气是一种常用的氢气生产技术，具有高效、低成本等优点。
然而，在实际应用中，仍然存在一些问题需要进一步优化和改进。
一、优化反应条件甲烷蒸汽重整制备氢气的关键步骤是催化剂的选择和反应条件的控制。
当前常用的镍基催化剂在高温高压条件下表现优异，但同时也存在着催化剂抗积碳性能不足、寿命较短等问题。
因此，研究人员可以探索新型镍基催化剂，并优化反应条件，提高催化剂的稳定性和寿命，从而进一步提高氢气生产效率。
二、提高甲烷转化率甲烷蒸汽重整制备氢气的关键在于甲烷的转化率，即甲烷与水蒸汽反应生成氢气和二氧化碳的产率。
目前，甲烷转化率较低是影响氢气生产效率的主要原因之一。
为了提高甲烷的转化率，研究人员可以通过改进催化剂的结构和性能，优化反应条件，或者采用新型反应器等手段来提高甲烷的转化率，从而提高氢气生产效率。
三、降低副产物生成在甲烷蒸汽重整制备氢气的过程中，除了生成氢气和二氧化碳外，还会生成一些副产物，如一氧化碳、甲醛等。
这些副产物不仅会影响氢气的纯度，还会影响催化剂的活性和稳定性。
因此，降低副产物的生成是提高氢气生产效率的关键之一。
研究人员可以通过优化反应条件、控制反应温度和压力等手段，降低副产物的生成，提高氢气的纯度和产率。
四、提高能源利用效率甲烷蒸汽重整制备氢气是一种能耗较高的氢气生产技术，主要原因在于需要消耗大量的热能来维持高温高压条件。
为了提高能源利用效率，研究人员可以尝试引入新型能源技术，如太阳能、风能等，或者优化现有的能源利用方式，减少能源的浪费，提高能源利用效率，从而降低氢气生产的成本。
五、提高生产规模目前，甲烷蒸汽重整制备氢气的生产规模较小，无法满足工业生产的需求。
为了提高生产规模，研究人员可以尝试优化生产工艺流程，提高生产效率，降低生产成本，从而提高生产规模，实现氢气的大规模生产，满足市场需求。
总结一下本文的重点，我们可以发现，甲烷蒸汽重整制备氢气是一种重要的氢气生产技术，但仍然存在一些问题需要进一步优化和改进。
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。
尽管在化学计量法中，甲烷水蒸气重整反应只需要1mol水和1mol 甲烷，但是过量的水蒸汽（水碳比为2.5~3）[15]被用来减少反应过程中积碳的形成。
过量水蒸汽的使用使能耗升高，加重了反应的经济负担。
此外，甲醇合成和羰基合成等下游产业需要高的CO/CO2比，在热力学稳定的重整油产业需要高的水碳比。
甲烷水蒸汽重整反应中，贵金属活性较高，在抗积碳方面，比金属镍优越。
与金属镍相比，基于硅土材料的催化剂[16]的转化数被列举如下：Rh(1.6)>Ru(1.4)>Ni(1)>Pd(0.6)>Pt(0.5)。
目前研究工作的重点集中在开发Rh催化剂方面，目的是提高在微孔道反应中甲烷水蒸气重整的体积产率，同时保持催化剂的稳定性以及减少过量蒸汽的使用。
2实验部分2.1合成与描述用浸渍法制备不同Rh含量的Rh/MgO-Al2O3催化剂，Rh含量分别为1%wt、5%wt、10%wt，MgO含量为6%wt。
Al2O3作为基底，首先被粉碎然后过70~100目的筛子，然后以每分钟5℃的升温速率升温到500摄氏度焙烧，500摄氏度时恒温两小时。
焙烧过后放入硝酸镁溶液中浸渍，然后在110℃下真空干燥8小时，然后在900℃下焙烧2小时，形成MgO-Al2O3基底。
再将MgO-Al2O3放入饱和的Rh硝酸盐溶液中，在110℃条件下干燥，然后在500℃条件下焙烧3小时。
上述所有焙烧都在具有通风条件的马弗炉中进行。
所有合成的催化剂都在粉末状条件下进行活性测试。
设计的上，催化剂的活性在微孔道结构中进行评估。
FeCrAlY被整合成像毡布一样的轮廓，尺寸为0.01in×0.35in×2in，然后被用作洗涤包裹住催化剂的基底。
首先以非常快速的每分钟20℃的升温速率将FeCrAlY基底加热到900℃并恒温2小时。
根据以往的解释，高温和氧化环境可以促进，Al组分从FeCrAlY 基底的内部向表面移动，随后由天然Al单质变为氧化物。
由上述方法制作的催化剂粉末，按照水和催化剂粉末比例为8:1的比例加入到球磨机中制成悬浊液，然后在湿润的环境中静置24小时。
对悬浊液中的催化剂颗粒进行粒径分析，大致在1~3微米之间。
0.065g的催化剂被洗涤包裹成0.35in×2in，其中FeCrAlY基底的厚度是0.01in，然后干燥并在500℃下焙烧2小时。
Rh的色散决定在室温下在静态容积的H2中用化学吸收的方法，在先进的RXM-100系统中进行催化剂表征。
催化剂在纯H2和350℃的环境下放置2小时后，首先在原位减少，然后在350℃下疏散30分钟。
透射电子显微镜分析被2010年的JEOL高分辨率电子显微镜引导，它是在200kv的LaB6灯丝下进行操作。
仪器配备了X射线能量色散谱(EDS)，使用过的催化剂被装在一个没有聚酯或者碳膜的铜网上，用TEM/EDS检测在甲烷水蒸汽重整反应中可能产生的积碳。
2.2甲烷水蒸汽重整反应活性检测甲烷水蒸汽重整反应活性检测在625镍铬合金制成的，尺寸分别为0.03 in×0.35in×2.0in的装有粒径为4mm的石英砂的单一通道设备中进行，该设备被半开闭式的炉子加热。
对于粉末催化剂测试，取70-100目的催化剂粉末100毫克，类似大小的氧化铝作为稀释剂，氧化铝与催化剂重量比为4:1。
不同水碳比下的甲烷和水的混合物接触时间不同，在1~25秒之间。
在这里,接触时间被定义为催化剂床层体积除以标准温度和压力下的入口气体体积流量。
甲烷的流量是通过Matheson8272或者Brooks5850E质量流量控制器进行控制。
水是通过Cole-parmer74900型注射泵进入实验环境的同时用Acuflow III型高效液相色谱泵测量压力。
包用裹有铬镍铁合金的K型热电偶在催化剂床层、预热区、汽化器和出口测量温度。
用没有电击压力的传感器在上游和下游的位置测量压力。
反应物和产物气体用装有5A PLOT(MS-5A),PoraPLOTQ,PoraPLOTU,OV-1阵列和热导检测器的Agilent Quad Micro型气象色谱仪在线检测。
3结论和分析3.1Rh负载的影响如第一部分所述，最近已经证明了微孔道化学反应能显著减少传输局限从而提高催化剂的有效性的潜力。
在与传统反应相同生产力的微孔道反应中，高催化活性的催化剂可以显著减少催化剂的用量。
因此，Rh的浓度可以通过提高Rh 的负载来大范围的优化，而不是通过传统的实践来提高体积产率，同时没有太多的成本问题。
如第二部分所述，Rh质量分数分别为1%、5%、10%的，粒度在70~100目之间的一系列的Rh/MgO-Al2O3催化剂粉末被装入进铬镍铁合金单通道测试装置中测试。
与传统的微型石英砂固定床反应器不同，单通道耦合配置和催化剂床层稀释使得催化剂活性测试的运输量最小。
在水碳比2:1，温度830℃，接触时间1.9毫秒的环境下进行甲烷水蒸气重整反应活性测量，反应时间8小时。
为了观察到潜在的催化剂失活现象，催化剂测试在低于甲烷平均转化率的条件下进行。
由于积碳的形成是在整个测试周期，在此情况下既没有观察到失活现象也没有观察到可检测的压降。
甲烷水蒸汽重整反应活性是在这种催化剂的体积产率基础上进行比较，基于单位时间单位体积下摩尔甲烷转化率。
如图1所示。
明显看出，随着Rh负载量从1%到5%，甲烷水蒸汽重整反应的体积产率显著增加。
进一步增加Rh的负载量，从5%到10%，仅仅使得产率增加很小。
三个样本的包裹密度本质是相同的，当时速空速较大时才会出现相似的趋势。
为了研究Rh粒度对甲烷水蒸汽重整反应的影响，Rh的粒度分别选1wt.%、5wt.%和10wt.%，催化剂粒度尺寸在室温下用吸收体积氢气的方法进行测试，结果如表1所示。
Rh的粒径尺寸用化学吸收体积氢气的方法测量，用TEM进一步分析，如图2。
a和b代表的是质量分数5%的Rh/MgO-Al2O3催化剂TEM显微图。
从TEM分析得知，MgO-Al2O3支撑的Rh粒径在4~9纳米之间，与化学吸收氢气方法的测量结果一致。
必须认识的一点是，Rh催化剂微晶决定了新鲜的催化剂样品不像正在甲烷水蒸汽重整反应器中使用的样品。
由于这个原因，在850℃重整反应的活性测试以后，我们分析了质量分数5%的用过的Rh（这里没有展示）来确定Rh晶体可能的增长。
TEM分析表明,废催化剂中含有与Rh类似粒度分布，没有显著的烧结，最有可能是由于初始样本中Rh的低分散。
在获得8小时的长期转换率期间，如下所述，Rh似乎很稳定。
甲烷水蒸汽重整反应是一个有平衡限制的反应。
反应速率的测量受到接触时间的影响。
为了移除接触时间的影响，甲烷水蒸汽重整反应的转化率是用Wei 和Iglesia[19]最近提出的方法计算的。
实验转化数据、部分平衡点距离和氢气化学吸收结果都被包含在计算之内。
图3展示了甲烷水蒸汽重整反应的转化率和催化剂粒径大小的计算关系。
甲烷的转化率似乎是随着所研究的铑的晶体粒度（5~15nm）的增加而单调降低。
.这一趋势进一步证明重整甲烷蒸汽的灵敏度要高于最近由wei和lglesia提议粒度范围为1.5~6.5nm的金属簇的贵金属。
他们的研究表明具有较高表面浓度的小的金属雏晶的饱和溶液增强了C-H键的活化作用，这是由于蒸汽重整提高了流动率。
值得注意的是，尽管1wt.%的Rh/MgO–Al2O3的试样在体积产率方面并不如图1所示的那样高，但是与10wt.%的Rh/MgO–Al2O3相比甲烷的转化率增加了2.5倍。
3.2.10wt.%的Rh/MgO–Al2O3催化剂催化甲烷水蒸汽重整正如前面提到的，5wt.%Rh/MgO-Al2O3在容积产率方面相比1wt.% Rh/MgO–Al2O3有着显著的提高，相似的现象也表现在10wt.%Rh//MgO–Al2O3中。
为了利用微通道的热量和质量优势来提高容积产率，具有较高铑覆盖率(5–10 wt.%)的催化剂被选作微通道[4,20,21]。
这种Rh载荷要比之前用于甲烷蒸汽重整的贵金属（尤其是1wt.%[19,22,23]）更高效，因为它主要集中于金属分散的优化而不仅仅是增强体积产率。
正如前面部分所示，具有较低金属分散的高浓度铑在体积产量方面有着显著的提高。
应用之前的工作主要集中于10wt.%Rh/MgO–Al2O3的催化剂在粉末和设计的形式中的性能评估。
当碳和蒸汽的化学计量比率为1时，在甲烷蒸汽重整过程中是最经济的。
众所周知，在低水碳比下催化剂迅速失活，这是由于石墨碳在催化剂表面的沉积[1,15]。
甲烷蒸汽重整反应通常水碳比至少为2.5，以尽量减少积炭的形成。
然而这样的比率是不可取的，因为这需要更大体积的反应器和用于回收多余蒸汽的回收器。
