甲醇水蒸氣催化重整制氫技術研究進展

閆月君，劉啟斌，隋 軍，金紅光

（1中國科學院工程熱物理研究所，北京 100190；2中國科學院研究生院，北京 100149）

進展與述評

甲醇水蒸氣催化重整制氫技術研究進展

閆月君1，2，劉啟斌1，隋 軍1，金紅光1

（1中國科學院工程熱物理研究所，北京 100190；2中國科學院研究生院，北京 100149）

針對甲醇水蒸氣催化重整制氫的應用背景，綜述了甲醇水蒸氣重整制氫的反應機理和動力學，對用于該反應的催化劑進行了總結分類，闡述了催化劑制備和反應階段相關因素對催化劑特性的影響。在此基礎上，指出甲醇水蒸氣重整制氫技術研究與應用存在的問題與瓶頸，并對兩種創新的研究——太陽能驅動的甲醇水蒸氣重整制氫技術和甲醇重整制氫微通道反應器的開發技術進行了總結展望。

制氫；甲醇重整；催化劑；太陽能制氫；微通道反應器

氫氣作為一種高效、清潔的能量載體受到國內外科學家與工業界的廣泛關注。目前制氫方法可分為以下幾類：化學制氫、電解水制氫和生物質制氫等。由于反應條件（溫度、壓力等）、制氫成本（包括反應物及后續純化過程成本）、反應過程的安全性等因素的制約，大規模制氫的主流仍然是化學制氫，化學制氫中應用較多的是有機物催化重整技術，這其中甲醇水蒸氣重整技術受到重視。其主要原因為：①作為化工生產的基本原料，甲醇的年產量大，超過2500萬噸，是僅次于乙烯、氨的第三大商用化學品。尤其在中國、美國，煤基多聯產系統可以產出大量的替代液體燃料甲醇；②甲醇催化重整制氫所需操作條件簡單，容易實現。甲醇催化重整制氫的溫度為150～300℃，壓力為常壓到中壓，比烴類化合物要低，其轉化過程簡單高效、經濟可行，能產生高體積比的氫氣，儲存、運輸方便，并且后續純化程序簡單。這些優點也使得甲醇重整制氫技術廣泛應用于燃料電池領域。

本文依據現有的甲醇重整制氫技術研究成果，綜述了甲醇水蒸氣重整制氫的反應機理和動力學，總結了催化劑的研究現狀，分析了甲醇重整技術研究與應用存在的瓶頸，闡述了兩種相關的創新研究趨勢。

1 甲醇重整制氫的反應機理和動力學研究

1.1 甲醇重整制氫的反應機理

甲醇水蒸氣重整（SRM）是一個較強的吸熱反應，見式（1）。

針對該反應的機理，文獻[1-7]開展了大量的研究，但仍存在一定爭議，歸結起來有以下三類觀點[8]。

（1）平行反應機理 早期的研究認為產物中的二氧化碳和一氧化碳是由甲醇和水經不同反應過程生成的[9]。

該機理對應的反應式如式（2）～式（4）。

隨著研究的深入，許多學者提出了以下不同的觀點。

（2）分解變換機理 即甲醇先分解生成一氧化碳和氫氣，再變換生成二氧化碳。

部分學者[10-12]認為甲醇水蒸氣重整反應是甲醇裂解反應(5)和水汽變換反應(6)的總包反應。

Tesser等[13]在一個管狀填充床反應器中對幾種典型的反應機理進行了模擬驗證，考慮了沿反應管道以及催化劑顆粒內部的傳熱傳質，依據上述反應機理式(5)、式(6)得出了催化劑作用下管道內的反應速率表達式，該表達式與模擬結果符合較好。

但是按照這一機理，反應后CO的濃度應該大于等于式(6)代表的反應平衡得到的濃度，這與實驗結果相反。Amphelett等[14]提出了催化劑表面上碳分解的理論來解釋這一實驗現象，但催化劑表面上生成CO會造成催化劑中毒，與事實不符。李言浩等[9]采用原位紅外光譜法對銅系催化劑上的甲醇蒸氣重整過程進行分析，結果有力地證實了反應過程中的二氧化碳不是在一氧化碳之后產生的。

（3）分解逆變換機理 甲醇和水首先生成二氧化碳和氫氣，然后部分二氧化碳和氫氣發生逆變換反應，生成一氧化碳和水。

Takahashi等[15-17]結合實驗提出了式(7)～式(9)所示的反應機理：甲醇水蒸氣重整反應直接生成CO2和H2O。該反應的中間產物有甲酸甲酯。

其中反應式(7)甲醇脫氫是速控步，反應過程中CO是由水汽變換反應的逆反應（RWGS）產生的，反應式見式（10）。

此理論較好的解釋了實驗得出的CO含量較低的現象。

Takezawa等[18]提出了式(11)～式(13)所示的反應機理，認為反應后的氣體中含體積分數約為1%的CO，CO同樣是由水汽變換反應的逆反應所產生。這一機理也被Breen and Ross[19]的研究所證實。

Sanjay等[20]在 Cu/ZnO/A l2O3質量分數分別為10%、5%、85%的催化劑上，分別針對式(7)～式(10)和式(11)～式(13)中所包含的基元反應進行了分析，得出了各自對應的反應速率方程，并對得到的兩種結果進行了對比，通過非線性回歸進行了檢驗。證明式(11)～式(13)所代表的機理比式(7)～式(10)代表的機理更好地與實驗數據和預測結果吻合。

目前對于甲醇水蒸氣重整反應機理仍沒有公認的結論，但式(7) ～ 式(10)所示的反應機理得到越來越多的理論和實驗證實。目前已有的甲醇水蒸氣重整反應機理如圖1所示[21]。圖中A代表吸收氫氣的活性基團，B代表吸收其他反應中間產物的活性基團。

1.2 甲醇重整制氫反應動力學

由于甲醇重整反應比較復雜，不是簡單的一級反應或二級反應。許多學者對甲醇重整化學反應動力學進行了詳盡的研究。由于催化劑種類和成分不同，得到的反應動力學速率方程也有所不同。代表性的研究有如下幾種。

Jiang等[22]較早采用了Cu/ZnO/Al2O3催化劑，在443～533 K的溫度范圍內對甲醇重整反應動力學模型進行了實驗研究，得出以下結論：產物中CO2的濃度對甲醇重整反應動力學沒有影響，CO的濃度對它的影響可以忽略。Jiang以上述式（7）～式（10）為基礎，對基元反應進行了深入的分析，提出了Langmuir–Hinselwood型動力學方程。甲醇重整反應的速率表達式見式（14）。

圖1 甲醇水蒸氣重整的催化劑循環[21]

式中，rSR、k0、R、T、PMeOH、PH2O、PH2分別代表重整反應的速率、反應速率常數、氣體常數、反應溫度、甲醇的分壓、水的分壓、氫氣的分壓。

Peppley等[24-25]也進行了開創性的研究，在一個固定反應床微型反應器中進行了實驗，得到了不同反應條件下的實驗數據，并運用非線性最小二乘回歸理論對數據進行了分析，得出了甲醇重整反應、水汽變換反應和甲醇分解反應的反應速率表達式。

Agrell等[26]采用 Jiang方程進行數據擬合得到了新的指數反應速率方程，活化能為100 kJ/mol。Jin 等[27]研究認為甲醇重整反應依賴于甲醇與氫氣在混合氣中的分壓，而與CO2與水的分壓關系不大。Samms等[28]認為CO在反應產物中的量比較少，在反應動力學研究中，可不考慮CO對反應速率的影響。

2 甲醇水蒸氣重整反應的催化劑

甲醇重整制氫技術的關鍵在于反應使用的催化劑。催化劑的活性、選擇性和穩定性是表征催化劑性能的重要參數。低溫高活性、高選擇性和良好穩定性的催化劑一直是該領域的研究重點。對該反應催化劑的研究在學術和工業界廣泛開展。

2.1 常用催化劑的分類及特征

表1 甲醇水蒸氣重整制氫的催化劑分類

常用的甲醇水蒸氣重整催化劑，按照活性組分可分為3類：Cu系、Cr-Zn系、貴金屬（如Pd、Pt），其部分相關特征見表1。

目前，開發研究中涉及較多的是改性銅系（CuO質量分數40%～50%）催化劑。工業上大量使用的催化劑是高銅含量(CuO質量分數50%左右)的 Cu/ZnO/A l2O3催化劑，采用共沉淀法生產。典型的商用催化劑是BASF公司的Cu/ZnO/A l2O3系列，Synetix 33-5催化劑是該系列的一種，其成分如表2所示。

表2 Synetix 33-5催化劑組分

2.2 催化劑研究進展

制備階段和反應階段的諸多因素都會影響催化劑的性能。大量的研究揭示了催化劑特性隨這些因素的變化規律。

2.2.1 催化劑制備過程中影響性能的因素

催化劑制備過程中催化劑的組分（如催化劑的元素構成、負載金屬、助劑、載體的類型），制備條件（如pH值、焙燒溫度、前還原溫度）及制備得到的催化劑的形態（如顆粒的尺寸、形狀）等因素都會影響催化劑的性能。

（1）催化劑的元素構成對催化性能的影響催化劑的元素種類和配比影響它的性能。黃冬等[29]制備了Cu∶Zn∶A l∶Zr 物質的量比為1∶1∶5.6∶0.2的Cu1Zn1A l5.6Zr0.2催化劑，其中CuO質量含量為16.87%。實驗驗證了低Cu催化劑的良好催化效果。李永峰等[30]在固定主活性組分Cu的質量含量為60%的基礎上，以助劑Zr、Ce和A l 3種金屬元素的質量含量為變量，得出CuZn(Zr、Ce)A lO類銅系催化劑在甲醇重整反應中的最佳組分含量，其中Cu、Zr、Ce、A l、Zn質量分數依次為60%、10%、0、5%和25%。余立挺等[31]研究了在不同n(Cu)∶n(Zn)的Cu/Zn/A 1/Zr催化劑上的甲醇自熱重整制氫催化性能，在固定床流動反應器中于200～300 ℃進行催化劑評價。實驗表明，n(Cu)∶n(Zn)=7∶3的CuZnA1Zr催化劑表現出最優的催化性能（在200 ℃時，甲醇轉化率達82.6%，氫選擇性為99.7%，一氧化碳體積分數僅為0.08%）。Matter等[32]研究了催化劑組成對Cu/Zn/Zr催化劑性能的影響。實驗得出元素組成n(Cu)∶n(Zn)：n(Zr)=4∶3∶3時，催化劑有較高的活性。潘相敏等[33]研究了不同Pt負載量的Pt/A l2O3催化劑性能的差異。結構分析表明，Pt的負載量不同，催化劑表面Pt金屬分散度不同，催化劑的活性也不同。Chang等[34]研究了CuO/ZnO/CeO2/ZrO2/ A l2O3中不同的組分比例對催化劑性能的影響，并將這些規律在催化劑重整反應中進行了驗證。

（2）添加助劑對催化劑催化性能的影響 催化劑中的助劑本身無活性，但是可以起到提高活性組分性能的作用。Ma等[35]研究發現在skeletal Cu中加入少量的Cr (約0.15%) 能使Cu活性增大。蔡迎春等[36]研究了摻La對CuO / ZnO / A l2O3的影響，摻La使催化劑的活性和穩定性提高，選擇性有輕微的下降。李永峰等[30]以甲醇轉化率和產氫率為指標研究了CeO2的加入對Cu、Zn、Al、O 4種元素組成的催化劑性能的影響。結果表明，CeO2的加入使其分別提高了6%和8%，并且改善了H2和CO2的選擇性。張菊香等[37]研究了添加Mn元素對Cu/ZnO/Al2O3催化劑性能的影響。指出該催化劑中，A l和Mn之間的協同促進效應，使得催化劑表面生成高度分散的細小銅顆粒，阻止了反應過程中銅顆粒的團聚、燒結，有效地改善了催化劑的表面特性和結構。另外Mn在催化劑中部分以正三價存在，可以接受或失去電子，保證了催化劑中CuO活性中心的穩定存在，從而使催化劑的活性和穩定性得到提高。但是Mn含量存在適宜值，添加的Mn過量時，催化劑的活性反而下降。實驗獲得了組分為Cu、Zn、A l、Mn 的催化劑，固定Cu、Zn的摩爾分數均為45%時，催化活性最優時，Mn的摩爾分數為5%。張新榮等[38]以碳納米管為助劑，制備得到新型高效Cu/ZnO/A l2O3催化劑，與傳統Cu/ZnO/Al2O3催化劑進行了性能比較。實驗證明添加適量碳納米管可以大幅度提高產氫速率，有效降低重整產氣中CO的含量。

（3）優化載體對催化劑性能的提升 載體能夠增大催化劑的比表面積，使催化劑具有合適形狀與粒度，從而起到提高催化劑的活性，延長催化劑使用壽命的作用。因此載體的特性能夠影響催化劑的活性。常用的載體包括A l2O3、TiO2、CeO2、MnO2、ZrO2等。

Kobayashi等[39-40]發現Cu 中加入其它金屬氧化物，如Mn、Zn、Si、Sn、Co、Ni 等元素的氧化物，都可使活化能下降，但選擇性有所不同。彭必先等[41]的研究表明在Cu/ZnO/A l2O3催化劑中載體A l2O3有助于甲醇脫水形成(CH3)2O，從而促進反應的進行。為增強反應中的熱交換，Catillon等[42]以泡沫Cu為載體，原位制備負載于泡沫Cu上的Cu/ZnO/A l2O3催化劑，驗證了它的良好性能。該新型催化劑可使反應溫度降低30 ℃左右，顯示出3倍于商業催化劑的活性。劉娟等[43]以膨潤土為載體，采用浸漬法制備了低銅含量負載型CuO/膨潤土催化劑，運用XRD和TPR技術對甲醇裂解制氫反應中催化劑性能進行了研究。在銅含量為13.8%時，甲醇的轉化率為84.7%，一氧化碳的選擇性為92.5%。該催化劑與目前工業上使用的采用共沉淀法生產的高銅含量（CuO 質量分數約50%）Cu/ZnO/A l2O3催化劑相比，有效地避免了Cu含量高所帶來的催化劑的燒結問題，對甲醇重整制氫反應有借鑒意義。

（4）制備方式對催化性能的影響 不同的制備方式使得催化劑具有不同的體相結構。制備方式的主要表征是催化劑制備過程中的焙燒溫度、預還原溫度等條件。Günter等[44]的研究證明了催化劑的體相結構能夠影響其活性。而體相結構主要取決于制備條件，因此制備條件也成為影響催化劑性能的一個重要因素。

Matter等[32]研究了預處理階段煅燒溫度對Cu/Zn/Zr催化劑性能的影響。當催化劑組成為n(Cu)∶n(Zn)∶n(Zr)=4∶3∶3時，350 ℃煅燒后，不論是否用氫氣預還原，催化劑都具有較高的活性；而 550℃煅燒后，則需用氫氣還原才能獲得較高的催化活性，氫氣還原能夠除去催化劑表面的氫氧化物和碳酸鹽。張新榮等[45]也考察了焙燒溫度對催化劑性能的影響。在用共沉淀法制備的Cu/ A l2O3催化劑上，運用 XRD和TPR方法研究了催化劑性能的變化，分析表明焙燒溫度不同，CuO分散形式不同，催化劑中存在的物種也不同。高溫焙燒時，CuO和A l2O3相互作用，形成尖晶石結構，這一結構影響催化劑的還原活化，降低了催化性能。低溫焙燒則避免了這一問題。文獻還得出用于實驗的催化劑在500 ℃焙燒時，活性最佳。Iwasa等[46]用浸漬法制備了Pd/ZnO催化劑，研究表明提高預還原溫度可以大大改善該催化劑的性能。Calverley等[47]對制備條件和催化劑活性的關系進行了數理統計，得到了具有指導意義的數據。

（5）催化劑的形態對其性能的影響 催化劑的形態如顆粒的大小、形狀、晶體結構對其性能也有重要影響。

Purnamaa等[48]則用模板法制備了納米結構CuO/ZrO2催化劑，在固定床流動反應器中用氧對催化劑進行活化后，在250～300 ℃、常壓下進行甲醇水蒸氣重整實驗。與商業CuO/ZnO/A12O3催化劑相比，該納米結構CuO/ZrO2催化劑的活性更高、穩定性更好（反應250 h甲醇轉化率保持在50%以上，而商業催化劑的甲醇轉化率250 h后由30%降至22%左右）。畢迎普等[49]研究了擔載納米尺度（1～100 nm）Pt顆粒的催化劑的性能，實驗過程中催化劑表現出很強的尺度依賴特性。鈉米Pt的粒徑大小不但影響甲醇重整反應的活性， 同時也影響反應的選擇性。Fukahori等[50]研究了紙質結構的催化劑的性能，通過相關的軟件模擬了它的熱力學和流體力學性質，模擬結果顯示該形態的催化劑性能優于同等制備和反應條件下的丸狀和粉末狀催化劑。Ngoc等[51]通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡檢查等方法研究了A l59Cu25.5Fe12.4B3和 A l71Cu9.7Fe8.7Cr10.6（下角標表示質量分數）兩種晶體衍生合金催化劑的性能。結果表明，晶體衍生催化劑獨特的晶體結構，使它表現出比常用Cu/ZnO/A l2O3催化劑更高的催化活性。

2.2.2 反應條件對催化劑性能的影響

反應條件對催化劑的性能存在影響，反應條件主要包括溫度、壓力、水醇比、液體空速等因素。

張菊香等[37]以甲醇的轉化率和產氣中CO的含量來表征催化劑的活性和選擇性。研究了反應條件對Mn改性Cu/ZnO/Al2O3催化劑性能的影響，得到了以下規律。

（1）反應溫度的影響 實驗數據表明在180～280 ℃變化范圍內隨著溫度升高，氫氣產率和甲醇的轉化率明顯增加，當反應溫度上升到260 ℃時，甲醇基本上完全轉化。重整產氣中CO含量隨著溫度的升高也表現出與甲醇轉化率相似的性質，實驗條件下甲醇水蒸氣重整制氫反應的適宜溫度為220～240 ℃。

（2）水醇比的影響 反應溫度為240 ℃，液體空速為3.0 h－1的條件下，在Cu45Zn45A l5Mn5（下角標表示質量分數）催化劑上考察了水醇比對甲醇水蒸氣重整反應過程的影響。提高水量有利于甲醇的轉化，有利于反應向生成氫氣的方向進行，而且適當過量的水促進了水汽變換反應，使氫氣產率和選擇性得以提高。實驗得出，隨著水醇比增加，甲醇轉化率和氫氣產率都明顯增大， 分析表明甲醇水蒸氣重整反應中的水醇比控制在1.0～1.2的范圍內比較適宜。

（3）液體空速的影響 液體空速對甲醇轉化率、氫氣產率和重整產氣中CO含量都有很大影響。在Cu45Zn45A l5Mn5催化劑上研究了液體空速對甲醇水蒸氣重整反應過程的影響，實驗條件及反應結果如圖2、圖3所示。

圖2 進料速度對甲醇轉化率和氫氣產率的影響

圖3 進料速度對CO含量的影響

3 甲醇重整制氫技術應用進展

雖然甲醇水蒸氣重整制氫過程由于高效、易行、環保等優點而受到重視，但該過程的應用仍存在以下技術難點：①甲醇水蒸氣重整制氫反應是一個強吸熱過程（反應物為氣態時，ΔH0298=50.7 kJ/mol），需要大量的外部供熱和水蒸汽供應；②受熱質傳輸的限制，該反應的動態響應比較慢。

針對這些問題，有以下創新性的發展趨勢出現。

3.1 中低溫太陽熱驅動的化學反應制氫系統的提出

金紅光等[52]提出了太陽能中低溫熱驅動的化學反應制氫方法，并研發了相關的槽式太陽能反應裝置。該方法是利用聚焦型太陽能集熱器（見圖4）將太陽能聚集起來產生高溫，推動由水和甲醇為原料的熱化學反應來制取氫氣。這一方案解決了甲醇水蒸氣和太陽能熱利用中的以下技術問題。

圖4 槽式太陽熱能驅動的甲醇重整制氫集熱器

首先，用太陽能來提供制氫反應的所需的大量外部供熱，節約了化石能源，減少環境污染。

其次，該方法也克服了太陽能利用過程中能量密度低，時空分布不恒定所造成的儲能難題。

解決能流密度低的問題，主要途徑是利用聚光裝置（如塔式、槽式、碟式等）將太陽能轉化為熱能，但是太陽能集聚的溫度越高，相應的成本也越高，集熱效率也越低。此裝置運行時的集熱溫度約為 150～300 ℃，為低溫集熱區間，節約成本，集熱效率較高。

為了克服時空分布不恒定的難點，通常采用蓄熱的方法進行能量收集，但是蓄熱過程一般造成較多的熱損失。利用太陽能驅動吸熱的化學反應，將太陽能轉化為反應產物的化學能成功的解決了這一問題，并且 150～300 ℃的集熱溫度與重整反應所需要的溫度匹配[53-54]，實現了能量利用中“溫度對口”，減少了利用過程中的熱損失。

圖5為150～300℃中低溫太陽能和甲醇重整結合的太陽能熱化學制氫系統示意圖[55]。

甲醇與水分別在換熱器1內加熱至過熱狀態，混合后進入太陽能熱化學反應器。在太陽能反應器（操作溫度150～300℃、常壓）中，在催化劑作用下進行甲醇水蒸氣重整反應。通過這一反應，將化學反應吸收的太陽熱能轉化為化學能，貯存到氫燃料中。

重整反應主要產物為H2與CO2，還有未反應的CH3OH、H2O及微量的CO等。混合氣體進入換熱器2，換熱器2另一側通冷卻水用于冷凝分離產物。在冷卻水的作用下，未反應的甲醇、水被冷凝，從混合氣中分離，進入下一個循環被再次利用。

為了從產物中得到純凈的 H2，采用變壓吸附（PSA）對H2進行分離。換熱器2出來的產物氣體被壓縮升壓。為了將產物溫度降低到常溫，采用換熱器 3，進一步冷卻混合氣體。冷卻后具有一定壓力的混合氣被引入吸附塔（吸附塔內為預定的吸附壓力），混合氣在預定的吸附壓力下進入吸附床，進行吸附操作，PSA吸附壓力一般在1.5～3.0 MPa。由此，可得到高純度的氫氣，經過進一步壓縮，儲存到氫氣罐內，以備利用。

劉啟斌等[55]在中低溫熱驅動的槽式太陽能化學反應制氫裝置上對甲醇水蒸氣重整制氫過程進行了實驗研究，定義熱化學效率這一參數來衡量裝置運行的性能；提出了相應的熱力學模型，分析了制氫過程中環境參數（如光照強度）、運行參數（反應物的入口溫度、質量流量、水醇比）等對太陽能集熱裝置運行的影響，如圖6、圖7。實驗結果表明，該結構的裝置運行時的最高熱化學效率可達50%；在太陽輻照強度為1000 W/m2，太陽光入射角為0°，集熱鏡場面積為600 m2，反應物的入口溫度為423 K時，吸收/反應器能夠獲得最大氫氣產率為54 kmol/ h。這些數據為高效利用中低溫太陽熱能，實現低能耗、低成本制氫提供了理論依據。

圖5 中溫太陽熱能驅動的甲醇重整制氫方法示意圖

3.2 適用于燃料電池的重整微通道反應器的開發研究

氫燃料電池是甲醇重整制氫反應的一個重要應用領域。由于車載燃料電池受到越來越多的重視，開發高性能、系統壽命好、緊湊型的甲醇蒸汽重整器一直是該領域的主要任務。

由于減小反應通道尺寸可以減小熱質傳輸距離，強化傳輸效果，提高反應效率，甲醇重整制氫微通道反應器[60-65]的開發逐漸受到國內外學者的重視。與傳統化學反應器相比，微通道反應器的表面積與體積比高，不但可以起到強化傳熱還可以起到強化反應的作用。

微通道反應器一般是指流體通道當量直徑小于500 μm的三維結構單元，它是運用固體基質，借助特殊微加工技術生產的。在這種狹窄的流體通道大幅度縮短。微通道內的化學反應能夠利用快速表面反應動力學的特性，通過微通道表面形成高活性催化劑，達到加快內部反應的目的。

圖6 太陽能熱化學效率隨太陽輻照及反應物流量的變化

圖7 太陽能熱化學效率隨太陽輻照及水碳摩爾比變化

盡管微通道反應器有諸多優勢，但作為一種新技術，仍然有很多問題需要解決。在理論基礎研究方面，許多宏觀規律在微尺度下已經不再適用，微觀尺度下的完整理論體系尚待建立。Rei等[66]在一個圓柱形微尺度重整反應器中，通過實驗和模擬的方法，研究了熱源和反應環境之間的熱容對重整反應其性能的影響。Jeong等[67]對比了內部和外部加熱的重整微型反應器的不同性能，以甲醇的轉化率和氫氣的生成率為指標，研究了內部熱流率等因素對重整反應器內部反應的影響。

4 結 語

甲醇水蒸氣重整制氫技術因為原料來源廣泛、反應條件容易達到等突出的優點而得到廣泛應用，對反應過程中的催化劑的研究表明，制備和反應過程中的多方面因素都會影響催化劑的性能。重整制氫的方式存在外部熱量供應需求量大、反應動態響應慢等問題， 中低溫太陽能驅動的熱化學反應制氫技術的研究和對燃料電池相關的微型反應器的研究有利于解決這些難題，促進重整制氫技術的進一步推廣。

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Research progress of hydrogen production w ith methanol steam reforming

YAN Yuejun1，2，LIU Qibin1，SUI Jun1，JIN Hongguang1
（1Institute of Engineering Thermophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China;2Graduate School of Chinese Academy of Science，Beijing 100149，China）

Current research progress of methanol steam reform ing w ith catalysts was reviewed. Different viewpoints on reaction mechanism and kinetics were summarized. Common catalysts used in the reaction were classified. Factors that influence the performance of the catalysts in the preparation and reaction stage were discussed. Several existing problems of the reaction were pointed out and two corresponding innovative trends were presented. One was methanol steam reform ing technology driven by solar energy and the other was development of m icro channel reactor for methanol steam reforming.

hydrogen production; methanol steam reform ing; catalyst; solar hydrogen production; micro channel reactor

O 643

A

1000–6613（2012）07–1468–09

2011-12-01；修改稿日期：2012-03-22。

國家自然科學基金重點項目（50836005）及國家自然科學基金面上和青年項目（50976119， 50906086）。

閆月君（1989—），女，碩士研究生。聯系人：劉啟斌，博士，副研究員，主要從事太陽能熱化學、太陽能熱發電、分布式供能等方面的研究。E-mail qibinliu@mail.etp.ac.cn。