關鍵詞：Chemkin；甲烷；水蒸氣重整；敏感性分析;催化反應

氫能是一種清潔的二次能源,具有綠色環保、零污染、零碳排放等優點。氫氣作為一種清潔、高效的能源載體，在燃料電池汽車、煉油、化工、冶金等諸多領域有著廣泛的應用。傳統的制氫方法如水電解制氫，雖然技術相對成熟，但能耗較高，成本也較高，且依賴于電力供應。相比之下，甲烷重整制氫（SRM）在成本和制氫規模上具有一定的優勢。本文基于Chemkin 軟件的PFR反應器對甲烷重整制氫進行研究。

1. 反應機理：

本文采用Ni基催化劑上的甲烷水蒸氣重整42步詳細反應機理進行分析研究。

表1 甲烷水蒸氣重整42步詳細反應機理

1. 模型設置

2.1本文選用Chemkin的PFR反應器，甲烷和水蒸氣預混氣體進入反應器，PFR反應器可近似為管式反應器，采用Ni基催化劑，且分布在反應器內壁表面，預混氣體在反應器內壁表面的催化劑上發生反應，最后由出口排出反應器。

圖1 PFR反應模型

2.2 選擇求解氣體能量方程，設置反應器長度，直徑。設置反應溫度，壓力

圖2 反應器設置

2.3 設置表面物質均為Ni基催化劑，表面分數設置為1。

圖3 催化劑設置

2.4 設置氣體入口速度

圖4 反應氣體設置

2.5 設置預混氣體水碳比

圖5 反應氣體設置

1. 結果分析

CH4和H2O轉化率在反應器前端迅速增加，然后逐漸趨于平緩，這說明在反應器前端，甲烷水蒸氣重整反應最為劇烈，最后甲烷轉化率穩定在65%左右。

由于甲烷水蒸氣重整是吸熱反應，隨著反應溫度的提升，有利于反應的正向進行，所以甲烷的轉化率會提升；

隨著水碳比的增加，甲烷的轉化率增加，但是水碳比過大會導致生成氫氣的效率降低，從而增加生產成本。

圖6 CH4轉化率隨溫度變化

圖7 CH4轉化率隨水碳比變化

從圖8反應路徑可以看出，吸附態的含有H物質轉化為吸附態的 H(s)，最終轉化為氫氣。

圖8 氫氣生成路徑

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