甲烷蒸汽重整制氢过程的数值模拟

甲烷蒸汽重整制氢转化率甲烷蒸汽重整制氢转化率是指在甲烷蒸汽重整反应中，甲烷的转化率以及生成的氢气的量与理论上可能生成氢气的量之间的比例。

甲烷蒸汽重整是一种重要的工业化学反应，被广泛应用于氢气生产、化工工艺和能源转换等领域。

在本文中，我们将讨论甲烷蒸汽重整制氢转化率的影响因素以及如何提高转化率的方法。

甲烷蒸汽重整制氢的反应方程式如下：CH4 + H2O → CO + 3H2首先，影响甲烷蒸汽重整制氢转化率的因素很多。

其中，反应温度是最为关键的参数之一。

适当的反应温度可以提高甲烷蒸汽重整的反应速率，从而提高制氢转化率。

通常，较高的反应温度可以增加反应活性，并加快甲烷分解和氢气生成的速度。

然而，过高的温度可能导致甲烷氧化反应的副反应，使得转化率下降。

因此，寻找适宜的反应温度是提高制氢转化率的关键。

其次，反应压力也是影响甲烷蒸汽重整制氢转化率的重要因素之一。

较高的反应压力可以提高氢气生成速率，从而增加制氢转化率。

这是因为较高的压力可以推动反应中的气体分子更紧密地接触，从而增加反应的碰撞频率。

然而，过高的压力也可能增加反应系统的复杂度和成本。

因此，选择适宜的反应压力是提高制氢转化率的另一个关键。

此外，催化剂的选择和催化剂的活性同样会对甲烷蒸汽重整制氢转化率产生重要影响。

常用的催化剂包括镍基、铑基和铂基催化剂。

这些催化剂具有良好的稳定性和高的催化活性，可以有效促进甲烷蒸汽重整反应的进行。

催化剂的选择和催化剂的活性与甲烷蒸汽重整的转化率密切相关。

为了提高甲烷蒸汽重整制氢转化率，可以采取以下方法。

首先，通过调节反应温度和反应压力来优化反应条件，找到适宜的操作参数。

其次，选择合适的催化剂，并对催化剂进行改进和优化，以提高其活性和稳定性。

此外，还可以将甲烷蒸汽重整与其他反应技术结合，如水煤气气化和煤直接液化等，以提高制氢转化率。

总之，甲烷蒸汽重整制氢转化率是影响氢气生产效率和工业生产成本的重要参数。

了解影响转化率的因素，并采取适当的方法进行优化，可以提高制氢转化率，提高氢气产率，从而促进可持续发展和能源转型。

甲烷无机膜催化水蒸汽重整制氢的数学模拟
皇甫艺;李超;李传统
【期刊名称】《淮海工学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2002(011)003
【摘要】无机膜反应器不受化学热力学平衡转化率的限制,将其应用于甲烷水蒸汽重整法制氢,可以放宽反应条件,提高转化率.主要针对在无机膜反应器上进行的甲烷-水蒸汽的重整反应进行了理论分析,并就反应参数的变化可能对反应产生的影响进行了数学模拟,考察了Damkohler准数、水碳比、吹扫比和分离因子对甲烷转化率的影响,并对甲烷水蒸汽无机膜反应器反应的优化操作提出了改进建议.
【总页数】4页(P45-48)
【作者】皇甫艺;李超;李传统
【作者单位】中国矿业大学,机电学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,机电学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,机电学院,江苏,徐州,221008
【正文语种】中文
【中图分类】O621.259.1
【相关文献】
1.Au-NiO/TiO2催化剂上甲醇自热重整和水蒸汽重整制氢的比较研究 [J], 翟彦青;唐旭东;徐新;崔冰冰;罗国华
2.天然气水蒸汽重整商品催化剂上的沼气重整制氢 [J], 徐军科;周伟;王晓蕾;任克威;潘相敏;陈华强;王业勤;马建新
3.锂基CO2吸附剂在吸附强化甲烷水蒸汽重整制氢中的应用研究进展 [J], 张元卓;
张富民;肖强;钟依均;朱伟东
4.吸附强化的甲烷水蒸汽重整制氢反应特性 [J], 贺隽;吴素芳
5.Ce基稀土复合氧化物在甲烷水蒸汽重整制氢中的应用 [J], 张佳;马克东;周毅;毕怡;张磊;潘立卫
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甲烷-水蒸气重整制氢反应及其影响因素分析孙长春【摘要】氢能是最清洁,最环保的能源,氢气的制取工艺具有极大的实际意义,本文通过对重整反应甲烷转化率的影响因素如水碳比、壁面温度、空速、压力及各工序反应条件等多方面因素进行分析,研究了提高氢含量的反应条件及甲烷蒸汽重整制氢反应的特点,为进一步优化生产和推广使用提供了参考.【期刊名称】《化工中间体》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】2页(P62-63)【关键词】甲烷水蒸汽重整;制氢;影响因素;转化【作者】孙长春【作者单位】山西潞安煤基合成油有限公司山西 046000【正文语种】中文【中图分类】T1.工艺装置工序在现有的制氢技术中，广泛使用的是甲烷水蒸汽重整制氢技术，该技术已广泛用于工业生产，并已获得其成熟工艺流程和催化剂制备工艺。

甲烷水蒸汽重整核心装置是二段转化炉，基本工艺工序为原料脱硫、加氢/预转化、换热式转化、二段转化、CO变换、废热回收利用及吸附提氢等。

工艺流程如图1。

图1 甲烷水蒸汽重整方块流程图2.各工序反应条件及影响因素(1)原料脱硫硫会降低活性金属接触表面，使催化剂中毒，使催化剂活性、选择性和催化剂寿命下降。

将原料气中硫除去，转化炉中催化剂就不会发生硫中毒，提高后续主转化炉催化剂及CO变换催化剂的寿命。

硫在重整装置中最高允许浓度0.5ppm。

(2)加氢/预转化不饱和烃的含量、种类和分子量的大小均会影响转化炉的运转。

对于一般的甲烷转化催化剂，如原料气中含有炔烃和烯烃，则极易在转化过程中生成碳，为防止积碳，当转化压力高于1.0MPa时，反应气中的烯烃含量应小于0.5%。

不饱和烃的消除是通过加氢或预转化进行反应：加氢转化催化剂，在一定温度和压力条件下，原料气中的烯烃如C2H4，甚至炔烃如C2H2加H2转化为烷烃。

反应生成的高碳烃会增加析碳的可能性，但可通过增加水蒸汽用量来很容易地阻止碳的生成。

预转化将原料气的烃类用水蒸汽部分转化为转化气（主要成分为CH4，H2，CO和CO2），原料气中烃类转化为甲烷和CO2，转化炉中催化剂表面积碳、结焦的风险会大大降低。

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。

响应曲面法优化甲烷水蒸气重整制氢工况参数
黄兴;马强;武健玮;王雨荷;陈磊;姚鑫
【期刊名称】《石油学报（石油加工）》
【年(卷),期】2024(40)3
【摘要】基于Chemkin的蜂窝整体式反应器计算甲烷水蒸气重整中的甲烷转化率和氢气产率,得到不同工况参数(反应器温度、水蒸气与甲烷的摩尔比(水/碳比)和压力)对甲烷转化率和氢气产率的影响。

采用响应曲面法以及Box-Behnken-Design模型对不同工况参数进行优化,建立以氢气产率为响应目标的响应模型。

结果表明,水/碳比和反应器温度对氢气产率的影响最为显著。

当反应器温度为1079.65 K、水/碳比为3.94、压力为0.11 MPa时,模拟3次的平均氢气产率为80.58%。

采用化学反应过程仿真与数值结果预测相结合的方法,显著减少了仿真时间,提高了计算效率和精度。

【总页数】10页(P708-717)
【作者】黄兴;马强;武健玮;王雨荷;陈磊;姚鑫
【作者单位】华北理工大学冶金与能源学院;东北大学冶金学院;华北理工大学电气工程学院;唐山创元方大电气有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ116.25
【相关文献】
1.聚集辐照下甲烷水蒸气重整制氢过程参数研究
2.甲烷水蒸气重整制氢研究进展
3.不同结构微反应器下甲烷水蒸气重整制氢性能对比
4.甲烷水蒸气重整制氢技术研究进展
5.基于响应面法Pt-Li2O-Al_(2)O_(3)催化甘油水蒸气重整制氢工艺优化
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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。