甲烷重整装置

甲烷重整装置是一种基于蒸汽重整、自热重整或部分氧化的装置，是一种利用催化剂从甲烷中生产纯氢气的化学合成装置。有多种类型的重整装置正在开发中，但工业中最常见的是自热重整(ATR)和蒸汽甲烷重整(SMR)。大多数方法通过在高温和高压下将甲烷暴露于催化剂（通常是镍）来工作。

蒸汽重整(SR)，有时也称为蒸汽甲烷重整(SMR)，使用外部热气源加热管，在管中发生催化反应，将蒸汽和较轻的碳氢化合物（如甲烷、沼气或炼油厂原料）转化为氢气和一氧化碳（合成气）。合成气进一步反应在反应器中产生更多的氢气和二氧化碳。碳氧化物在使用前通过带有分子筛的变压吸附(PSA)去除，以进行最终纯化。PSA的工作原理是从合成气流中吸附杂质以留下纯氢气。CH4+H2O（蒸汽）→CO+3H2吸热CO+H2O（蒸汽）→CO2+H2放热

自热重整(ATR)使用氧气和二氧化碳或蒸汽与甲烷反应形成合成气。反应发生在甲烷被部分氧化的单个室中。由于氧化反应是放热的。当ATR使用二氧化碳时，产生的H2:CO比例为1:1；当ATR使用蒸汽时，产生的H2:CO比例为2.5:1反应可以用以下方程式描述，使用CO2：2CH4+O2+CO2→3H2+3CO+H2O并使用蒸汽：4CH4+O2+2H2O→10H2+4CO合成气的出口温度在950-1100°C之间，出口压力可高达100bar。SMR和ATR的主要区别在于，SMR仅使用通过空气燃烧的氧气作为热源产生蒸汽，而ATR直接燃烧氧气。ATR的优势在于H2:CO可以变化，这对于生产某些第二代生物燃料特别有用，例如需要1:1H2:CO比例的DME。

部分氧化（POX）是一种化学反应。当亚化学计量的燃料-空气混合物在重整器中部分燃烧时会发生这种情况，产生富含氢气的合成气，然后可以进一步使用。

蒸汽重整工厂的资本成本对于中小型应用来说是令人望而却步的，因为该技术不能很好地按比例缩小。传统的蒸汽重整装置在200到600psi的压力下运行，出口温度在815到925°C之间。然而，分析表明，尽管建造成本更高，但设计良好的SMR可以比ATR更经济高效地生产氢气，适用于较小的应用。