当今世界,为了解决能源短缺、环境污染日益严重和经济可

当今世界，为了解决能源短缺、环境污染日益严重和经济可持续发展等问题，洁净的新能源和可再生能源的开发已是迫在眉睫。氢能作为一种洁净的可再生能源，同时具有可储可输、燃烧热值高、燃烧产物为水的特点，广泛用于

当今世界，为了解决能源短缺、环境污染日益严重和经济可持续发展等问题，洁净的 新能源和可再生能源的开发已是迫在眉睫。氢能作为一种洁净的可再生能源，同时具有可储 可输、燃烧热值高、燃烧产物为水的特点，广泛用于工业过程中，如石油、化工、医药、冶 金、航天等，从长远上看，它的发展可能带来能源结构的重大改变，而在目前它是一种理想 [] 1 的低污染或零污染的燃料资源。目前制备氢气的方法有矿物燃料制氢（天然气蒸汽转化、 重油部分氧化制氢、煤气化制氢、水蒸汽-铁法制氢、甲烷催化裂解制氢）、电解水制氢、 其它制氢过程（热化学循环制氢、太阳能制氢）等，其中采用化石燃料制氢是目前制备氢气 [2] 的最主要方法。在众多化石燃料中，天然气资源丰富，其主要成分是甲烷，加工成本较低。 同时，天然气制氢是目前工业中研究较为成熟的工艺，因而以甲烷作原料制备氢气的工艺在 当前发挥着重要的作用。 当前煤气化制氢是一种具有我国特点的制氢方法，而国外制氢的主要材料为天然气 [3] （CH）。天然气是甲烷的主要成分，是世界上所发现的一种丰富的化石燃料，然而甲烷 4 大部分分布在地方偏远的地方，而不是能量消耗比较大的地方，另外甲烷的压缩、运输和存 储费用较高，所以为了让甲烷经济性更显著，人们开始大量研究甲烷转化为液态或高碳氢化 合物、合成气及氢气；目前甲烷的工业应用是转化为一氧化碳和氢气。 甲烷制氢的方法有甲烷水蒸气重整、甲烷二氧化碳重整、甲烷部分氧化、甲烷自然重 整等。其中甲烷水蒸气重整（SMR）制氢是传统制取富氢合成气的重要途径，是目前工业上 [4，5] 较成熟的制氢工艺，也是最简单和最经济的制氢方法。传统SMR制氢涉及多个步骤，且 [6] 操作条件严格。传统SMR反应包括水蒸气重整、水汽转换、二氧化碳的分离。重整反应器 操作温度为800℃-1000℃，操作压力为15-30atm，需要燃烧大量的燃料维持重整反应器的 温度；水汽转换分为高（350℃-400℃）、低（200℃左右）温转换；之后是二氧化碳的分离， [6，7] 一般采用胺吸收或变压吸附。于是为了避免SMR操作的复杂性及能耗的高投入，提出吸 附强化水蒸气重整的概念，即在传统的SMR制氢过程中，加入固态的二氧化碳高温吸附剂， 与催化剂混合在一起，使重整反应、水汽转化和二氧化碳分离一步反应；反应开始后吸附剂 吸收重整反应产生的二氧化碳，根据勒夏特列原理，平衡被打破，反应平衡向产氢的方向移 动，温度由800℃-1000℃降到500℃-650℃，甲烷转化率提高，产物中一氧化碳、二氧化碳 浓度降低，可直接获得含量高于95%的氢气。 ∆ 重整反应： CO+HO=CO+H H=206.103KJ/mol 222298.15 水汽转化： CO+HO=CO+H ∆H=-41.166KJ/mol 222298.15 二氧化碳的吸附： 吸附剂+CO=含碳化合物 2 总反应： CO+HO+吸附剂=H+含碳化合物 222 [8] 吸附强化制氢潜在的优势有以下几点： （1） 由于反应平衡被打破，使得整个反应器的温度由800℃-1000℃降低到500℃-650℃， 对反应器耐高温性能要求降低，因此重整反应器中，可以较便宜的材料代替高温高 合金钢材料，降低能耗，降低成本。 （2） 由于吸附强化制氢可以制备高浓度的氢气，一氧化碳、二氧化碳含量较低，使得氢 纯化部分得到简化或不需要氢的纯化，简化了工艺流程。 （3） 消除水汽变换反应装置 （4） 减少或消除了重整反应器中的积碳的沉积 （5） 减少换热器设备的规模，从而减少热量损失 吸附强化制氢技术的关键在于：（1）获得具有高活性、高稳定性的催化剂（2）获得具 有高二氧化碳吸附活性和循环使用稳定性的高温二氧化碳催化剂。