黃興 趙博宇 Bachirou Guene Lougou 張昊 劉慧敏,3

1.華北理工大學冶金與能源學院 2.哈爾濱工業(yè)大學能源科學與工程學院 3.華中科技大學煤燃燒國家重點實驗室

高能耗、有限化石燃料儲備及化石燃料燃燒釋放出的溫室氣體等環(huán)境問題，推動全球研究高效環(huán)保的替代能源，以滿足人們對能源增長的需求[1-3]。氫氣作為一種儲量豐富、燃燒發(fā)熱量高、環(huán)境友好的新型能源逐漸被人們重視[4]：氫氣可以直接驅(qū)動內(nèi)燃機和燃料電池產(chǎn)生電能而不產(chǎn)生污染[5]；工業(yè)上氫氣主要用于石油提煉、化肥工業(yè)及甲醇生產(chǎn)[6]；農(nóng)業(yè)上氫氣主要用于氨與其他含氮肥料的合成，同時也可用于食品和危險燃料的氫化、火箭及內(nèi)燃機的燃料[7]；氫氣燃燒生成水蒸氣，而不會產(chǎn)生其他溫室氣體。制取氫氣的方法包括烴類重整制氫[8-9]、生物質(zhì)制氫[10-11]、煤氣化制氫[12-13]、電解水制氫[14-15]。通過烴類(甲烷)重整制氫占48%，石油裂解制氫占30%，煤氣化制氫占18%，電解水制氫占4%[16]。甲烷水蒸氣重整制氫作為傳統(tǒng)制氫途徑是目前工業(yè)上比較成熟的制氫工藝，也是最簡單經(jīng)濟的制氫方法[17]。本綜述對甲烷水蒸氣重整制氫過程進行了歸納分析。

1 甲烷水蒸氣重整特性及反應(yīng)機理

1.1 重整特性

甲烷水蒸氣重整制氫過程在700～1 000 ℃內(nèi)，以鎳、鐵、鈷等金屬元素為活性成分，金屬氧化物為輔助劑的催化劑對重整過程有很好的促進作用[18]。甲烷水蒸氣重整制氫具有以下優(yōu)點：①原料儲量豐富，使用甲烷作為反應(yīng)物減輕了該氣體造成的溫室效應(yīng)，減少了大氣污染[19]；②重整過程所得合成氣的體積比小于1，可以作為合成羥基的原料[20]；③甲烷水蒸氣重整過程反應(yīng)熱大，可作為能量儲存和傳輸介質(zhì)；④相比于甲烷二氧化碳重整，甲烷水蒸氣重整可以有效解決反應(yīng)中炭沉積導致的催化劑失活問題[21]。甲烷水蒸氣重整過程中甲烷轉(zhuǎn)化率受重整反應(yīng)熱力學限制，且存在反應(yīng)溫度高、對反應(yīng)器耐熱性要求高，以及獲得水蒸氣所需能量高等問題。因此，對重整過程中的工況參數(shù)進行優(yōu)化來提高甲烷轉(zhuǎn)化率，這對甲烷水蒸氣重整工業(yè)研究具有重要意義。近年來，國內(nèi)外學者對甲烷水蒸氣重整制氫工況參數(shù)優(yōu)化、催化劑抗積炭能力提升及反應(yīng)機理進行了大量研究，并取得有意義的成果。

1.2 反應(yīng)機理研究

目前，甲烷水蒸氣重整機理尚未統(tǒng)一。甲烷水蒸氣重整的反應(yīng)機理是反應(yīng)過程的參數(shù)優(yōu)化和催化劑改進的重要依據(jù)，大量研究學者對甲烷水蒸氣重整制氫機理進行了研究。Abbas等[22]采用最小化的非線性最小二乘法對重整過程中反應(yīng)物的反應(yīng)速率進行計算，得出甲烷水蒸氣重整反應(yīng)、水汽變化反應(yīng)以及甲烷水蒸氣直接反應(yīng)活化能分別為257.01 kJ/mol、89.23 kJ/mol和236.70 kJ/mol。Nguyen等[23]在溫度450～740 ℃、壓力0.1 MPa條件下提出的阿倫尼烏斯公式，與Ni/YSZ催化的甲烷蒸汽重整動力學實驗結(jié)果相符合。Minette 等[24]對合金表面上附著鎳基涂層的甲烷水蒸氣重整的本征動力學進行了研究，得出與常規(guī)催化劑相比，鎳基涂層催化劑對甲烷水蒸氣重整反應(yīng)活性更高。Wang等[25]在微通道內(nèi)對甲烷水蒸氣重整的動力學進行了研究，采用非線性最小二乘法建立了甲烷水蒸氣重整的平行與逆向反應(yīng)機理模型。Kim等[26]對不同鎳含量催化劑催化甲烷水蒸氣重整反應(yīng)進行研究，得出質(zhì)量分數(shù)為20%的Ni/g-Al2O3催化劑可以使甲烷達到88%的轉(zhuǎn)化率。Chen等[27]建立了甲烷水蒸氣重整過程的平行與串行反應(yīng)機理模型，得出平行反應(yīng)機理可以很好地擬合實驗數(shù)據(jù)。Fernandez等[28]采用固體吸附劑對二氧化碳的吸附動力學進行研究，并模擬了吸附強化反應(yīng)的產(chǎn)氫過程，結(jié)果表明，在一氧化碳摩爾分數(shù)低于0.2%時，采用一步制氫法得到氫氣的摩爾分數(shù)超過95%。Burger等[29]研究了在質(zhì)量分數(shù)為44%的NiAlOx催化劑上的甲烷化學反應(yīng)動力學，結(jié)果表明，氫化COHy表面中間體的分解是甲烷化學反應(yīng)動力學的重要步驟。

綜上所述，研究學者對于甲烷水蒸氣重整制氫過程的機理研究不斷深入、實驗技術(shù)與模擬方法的不斷改進，對于催化劑的活性組分、載體成分以及輔助材料等基本理論問題的研究更加一致，但對于催化劑失活及反應(yīng)機理問題仍存在爭議?？紤]到甲烷水蒸氣重整制氫過程在不同催化劑和不同反應(yīng)條件下的復雜性，其反應(yīng)機理也會不同。

2 甲烷水蒸氣重整過程及熱力學分析

2.1 甲烷水蒸氣重整過程

甲烷水蒸氣重整過程反應(yīng)體系復雜，反應(yīng)過程中主要發(fā)生的反應(yīng)如下[30-31]：

甲烷水蒸氣重整反應(yīng)：

CH4+H2O=3H2+CO
ΔH298 K=206.29 kJ/mol

(Ⅰ)

水汽反應(yīng)：

CO+H2O=H2+CO2
ΔH298 K=-41.19 kJ/mol

(Ⅱ)

甲烷水蒸氣直接重整反應(yīng)：

CH4+2H2O=4H2+CO2
ΔH298 K=164.9 kJ/mol

(Ⅲ)

甲烷水蒸氣重整過程中吉布斯自由能隨溫度變化趨勢如圖1所示。從圖1可看出，反應(yīng)(Ⅰ)與反應(yīng)(Ⅲ)的吉布斯自由能隨溫度增加而降低，因此，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)(Ⅱ)的吉布斯自由能隨溫度增加而上升，但上升趨勢不明顯，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，但放熱效果不明顯。從圖1還可看出，在溫度約為700 ℃時，反應(yīng)(吉布斯自由能小于0)可以自發(fā)進行。在具體實驗中，應(yīng)考慮反應(yīng)器材料耐熱性及高溫下甲烷裂解產(chǎn)生的炭沉積導致反應(yīng)過程中氫氣產(chǎn)量下降的問題[33]。

甲烷水蒸氣重整制氫是一個復雜的反應(yīng)過程，受多種因素影響。研究結(jié)果表明，反應(yīng)溫度、壓力、催化劑種類、氣體入口速度以及反應(yīng)氣體組分的物質(zhì)的量比都會對反應(yīng)造成較大的影響。由勒夏特列原理可得，較高的反應(yīng)溫度有利于甲烷水蒸氣重整反應(yīng)正向進行，促進甲烷與水蒸氣的轉(zhuǎn)化。甲烷水蒸氣重整熱力學分析表明，甲烷與水蒸氣的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增加。甲烷水蒸氣重整反應(yīng)通常認為是反應(yīng)氣體分子吸附在催化劑上的表面反應(yīng)，氣體速度增加會使催化劑表面吸附的反應(yīng)氣體減少，以及反應(yīng)物與催化劑的接觸時間減少，并進一步影響反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率，從而對整個重整反應(yīng)造成影響。增加反應(yīng)氣體組分的物質(zhì)的量比會增加反應(yīng)物濃度，從而促進反應(yīng)正向進行，提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率。

2.2 甲烷水蒸氣重整反應(yīng)器選擇

不同類型反應(yīng)器對甲烷水蒸氣重整制氫過程有很大的影響。經(jīng)常使用的反應(yīng)器為管式反應(yīng)器，傳統(tǒng)反應(yīng)器進行重整反應(yīng)需要在高溫條件下進行。近年來，研究者又設(shè)計出了不同類型的反應(yīng)器，如多孔介質(zhì)反應(yīng)器和膜式反應(yīng)器。

2.2.1管式反應(yīng)器

管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，催化劑床層一般位于反應(yīng)器中部位置，熱源采用電加熱或聚集太陽能輻照通過反應(yīng)器側(cè)壁面對甲烷水蒸氣重整反應(yīng)提供熱量。

Yuan等[34]采用管式反應(yīng)器對甲烷水蒸氣重整進行研究，在反應(yīng)器直徑為40 mm、水分子與碳原子的物質(zhì)的量比(以下簡稱水碳比)為3、溫度為900 ℃、流量為8 L/min時，得到最大熱化學儲存效率與總能量，其分別為36.8%和73.5%。Huang等[35]研究了不同反應(yīng)器管徑(10 mm、30 mm、60 mm)對甲烷水蒸氣重整制氫過程的影響，結(jié)果表明，甲烷轉(zhuǎn)化率與氫氣產(chǎn)率隨反應(yīng)器管徑的增加而增大，但溫度分布越不均勻，在工業(yè)上優(yōu)先選擇大管徑反應(yīng)器。Gu等[36]采用聚集太陽能輻照通過管式反應(yīng)器側(cè)面石英玻璃對進入反應(yīng)腔的氣體在催化劑床層上進行加熱，可以得出，隨催化劑床層長度的增加，甲烷轉(zhuǎn)化率與熱化學儲存效率先增加后降低，最佳床層長度為140 mm。Solsvik等[37]開發(fā)了微分吉布斯(亥姆霍茲)管式反應(yīng)器模型，采用甲烷水蒸氣制氫工藝驗證了模型的正確性。Zhang等[38]采用薄管式混合傳導膜反應(yīng)器對甲烷水蒸氣重整制氫反應(yīng)進行了實驗研究，得出在850～900 ℃甲烷轉(zhuǎn)化率超過93%,一氧化碳選擇性大于91%。Qin等[39]采用單管式換熱反應(yīng)器對甲烷水蒸氣重整進行了實驗研究，結(jié)果表明，單管式換熱反應(yīng)器可以提高甲烷換熱效率，并延長催化劑壽命。Gokon等[40]采用雙壁管式反應(yīng)器對太陽能輻照下甲烷水蒸氣重整進行研究，結(jié)果表明，雙壁管式反應(yīng)器比單壁反應(yīng)器中甲烷轉(zhuǎn)化率高。劉峰等[41]對管式反應(yīng)器中催化劑薄層內(nèi)甲烷水蒸氣重整進行了研究，得出催化劑薄層內(nèi)的重整反應(yīng)可以有效降低流體與壁面溫度，對反應(yīng)器起到保護作用。毛志方等[42]采用管式反應(yīng)器對甲烷水蒸氣重整進行模擬研究，結(jié)果表明，在顆粒直徑為3 mm、壓力為0.2 MPa、入口溫度為500 ℃時，產(chǎn)氫率最大。張力等[43]在給定壁溫下對管式反應(yīng)器中甲烷水蒸氣重整進行瞬態(tài)研究，結(jié)果表明，在水碳比為3.5、壁面溫度為973 ℃的條件下，重整反應(yīng)在90 ms時得到穩(wěn)定，同時獲得54%的氫氣產(chǎn)量。

2.2.2膜式反應(yīng)器

膜式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)是在普通反應(yīng)器內(nèi)加入分離膜，其中一種為氫氣分離膜，可以把重整反應(yīng)所得氫氣透過分離膜進行收集，得到比普通反應(yīng)器更高純度的氫氣；另一種是將重整反應(yīng)所得二氧化碳通過分離捕獲，從而得到更高的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率。

Gallucci等[44]采用膜式反應(yīng)器對甲烷水蒸氣重整制氫過程進行了研究，結(jié)果表明，該反應(yīng)器中膜的存在可以增強氫氣的滲透作用，使平衡正向移動，從而得到相比于常規(guī)反應(yīng)器更高純度的氫氣。Leonzio等[45]對甲烷水蒸氣在膜式反應(yīng)器中的重整過程進行了方差分析，得出入口溫度、甲烷流量與膜的厚度是影響反應(yīng)過程的重要因素。Lee等[46]實驗研究了膜式反應(yīng)器中甲烷水蒸氣的重整反應(yīng)過程，結(jié)果表明，Ni-Al2O3催化劑在多孔膜式反應(yīng)器中可以有效提高催化劑活性；在溫度為800 ℃、水碳比為0.75、壓力為0.2 MPa時，甲烷轉(zhuǎn)化率為96%。Giaconia等[47]在操作溫度低于550 ℃條件下，對甲烷水蒸氣在膜式反應(yīng)器中的重整過程進行研究，得出甲烷轉(zhuǎn)化率是常規(guī)反應(yīng)器的兩倍。Wu等[48]提出一種二氧化碳滲透膜反應(yīng)器，該反應(yīng)器通過捕獲二氧化碳提高了甲烷水蒸氣重整制氫的反應(yīng)效率。Anzelmo等[49]實驗研究了鈀膜反應(yīng)器中Pd膜對甲烷水蒸氣重整反應(yīng)過程的影響，結(jié)果表明，當Pd膜厚度為13 μm、溫度為673 K、壓力為150 kPa時，甲烷轉(zhuǎn)化率為84%，氫氣產(chǎn)率為82%。Alam等[50]模擬研究了膜式反應(yīng)器中吸附強化甲烷水蒸氣重整過程與傳統(tǒng)重整過程，通過比較兩個過程發(fā)現(xiàn)，吸附強化反應(yīng)工藝中甲烷轉(zhuǎn)化率為96%，優(yōu)于傳統(tǒng)重整工藝。Diglio等[51]對吸附強化甲烷水蒸氣重整進行了一維數(shù)值分析，提出吸附增強膜式反應(yīng)器中甲烷水蒸氣重整的新概念，并通過使用二氧化碳吸附劑獲得了高純度的氫氣。Marin等[52]對甲烷水蒸氣在膜反應(yīng)器中的重整過程進行了研究，得出入口溫度和空速比膜滲透側(cè)壓力和過量水碳比有更顯著的影響。Alamdari等[53]對填充床反應(yīng)器和帶有金屬載體的催化膜反應(yīng)器中壓力、溫度、膜厚度及水碳比對甲烷轉(zhuǎn)化率的影響進行了研究，結(jié)果表明，膜反應(yīng)器性能比填充床反應(yīng)器性能更好。

2.2.3多孔介質(zhì)反應(yīng)器

多孔介質(zhì)反應(yīng)器是在傳統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)加入涂有催化劑的多孔金屬氧化物構(gòu)成的新型反應(yīng)器。該反應(yīng)器可以使反應(yīng)腔內(nèi)溫度分布均勻，有利于促進甲烷水蒸氣重整制氫反應(yīng)。

Wang等[54]建立了穩(wěn)態(tài)太陽能驅(qū)動的過程模型，并對多孔太陽能反應(yīng)器中熱化學反應(yīng)與溫度分布進行了研究。Yuan等[55]基于多孔催化劑重整的化學反應(yīng)3D計算模型，研究了操作參數(shù)對甲烷水蒸氣重整的性能影響，結(jié)果表明，水碳比對甲烷轉(zhuǎn)化率有顯著影響。Yu等[56]采用陶瓷多孔反應(yīng)器對甲烷水蒸氣重整的性能進行研究，得出水蒸氣代替惰性氣體掃氣可以得到更高的甲烷轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)氫率。Wang等[57]對多孔介質(zhì)太陽能熱化學反應(yīng)器中甲烷水蒸氣重整特性進行分析，結(jié)果表明，氫氣產(chǎn)率隨氣體入口速度、孔隙率、催化劑尺寸的增加而降低。Shi等[58]模擬研究了仿生葉片式分級多孔太陽能反應(yīng)器中甲烷水蒸氣重整過程，結(jié)果表明，與均勻多孔介質(zhì)相比，分級多孔介質(zhì)中甲烷轉(zhuǎn)化率可提高4.5%。Lima等[59]采用微型填充床反應(yīng)器對太陽能驅(qū)動甲烷雙重整反應(yīng)的熱化學儲存性能進行數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明，甲烷在2.5 h操作時間下轉(zhuǎn)化率達到98.18%，熱化學儲能效率達到74.21%。Shi等[60]提出將仿生分級結(jié)構(gòu)引入太陽能熱化學反應(yīng)器中的設(shè)想，并通過調(diào)輻射場提高了甲烷轉(zhuǎn)化率。Chuayboon等[61]實驗研究了以太陽能驅(qū)動二氧化鈰為載體的熱化學重整技術(shù)，結(jié)果表明，太陽能反應(yīng)器的整體效率隨二氧化鈰顆粒尺寸與結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。Wang等[62]采用多孔介質(zhì)反應(yīng)器對太陽能驅(qū)動甲烷水蒸氣重整的瞬態(tài)特性進行了研究，結(jié)果表明，反應(yīng)器內(nèi)熱平衡區(qū)域無量綱厚度隨溫度的增加而增加，且增加太陽能輻照有利于重整反應(yīng)正向進行。

2.2.4反應(yīng)器的優(yōu)選

甲烷水蒸氣重整制氫過程中反應(yīng)器的選擇對于重整反應(yīng)的效率會有很大的影響。傳統(tǒng)甲烷水蒸氣重整反應(yīng)器大多采用管式固定床反應(yīng)器，該反應(yīng)器內(nèi)部溫度分布不均勻，傳熱效率低，且無法獲得高純度氫氣，同時，反應(yīng)器內(nèi)部會有固體沉積影響催化劑活性。針對傳統(tǒng)反應(yīng)器的不足，研究人員設(shè)計并優(yōu)化了膜式反應(yīng)器與多孔介質(zhì)反應(yīng)器。膜式反應(yīng)器不僅可以在低溫操作條件下獲得高純度的氫氣，又可以對分離的二氧化碳氣體進行捕獲，進一步提高反應(yīng)效率；多孔介質(zhì)反應(yīng)器不僅可以使反應(yīng)器內(nèi)部溫度場分布更加均勻，同時也可以提高反應(yīng)器內(nèi)重整反應(yīng)效率。因此，甲烷水蒸氣在實際生產(chǎn)過程中盡量選擇膜式反應(yīng)器與多孔介質(zhì)反應(yīng)器，既可以保證反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率，又可以獲得高純度產(chǎn)物。

2.3 熱力學分析

甲烷水蒸氣重整反應(yīng)過程復雜，其反應(yīng)機理具有不確定性，這對工業(yè)甲烷水蒸氣重整制氫造成影響。直接進行甲烷水蒸氣重整實驗不能對其反應(yīng)過程做出準確的分析，同時還可能增加制氫成本。因此，對于重整過程先進行模擬計算研究，其模擬計算結(jié)果對實際工業(yè)生產(chǎn)有指導意義。甲烷水蒸氣重整制氫過程主要采用吉布斯自由能最小化法與有限體積法進行熱力學分析。

Xu 等[63]對介質(zhì)阻擋放電條件下甲烷水蒸氣重整制氫過程進行了研究，結(jié)果表明，甲烷轉(zhuǎn)化率與氫氣產(chǎn)率隨水碳比和放電電壓的增加而增大，在水碳比為1.82、流量為136 mL/min、放電電壓為18.6 kV時，甲烷轉(zhuǎn)化率與氫氣產(chǎn)率分別為47.45%與21.33%。Wang等[31]數(shù)值模擬了工業(yè)規(guī)模甲烷水蒸氣重整反應(yīng)器中單一熱管的熱量與物質(zhì)傳輸特性，結(jié)果表明，管壁周圍傳熱熱阻大且流體入口溫度、質(zhì)量流量、水碳比對重整過程有較大影響。Carapellucci等[64]通過比較甲烷水氣重整、甲烷干法重整、甲烷自熱重整的熱力學模型，得出在一定條件下甲烷水蒸氣重整制氫效果更好。Pourali等[65]采用響應(yīng)面法對二維微通道中甲烷水蒸氣重整過程進行研究，結(jié)果表明，在不同工況參數(shù)下氣體入口溫度對產(chǎn)氫率的影響最大。Wang等[66]采用數(shù)值模擬方法研究了3種不同填充結(jié)構(gòu)(簡單立方、體心立方、面心立方)的催化劑對甲烷水蒸氣重整過程的影響，得出面心立方結(jié)構(gòu)的催化劑對反應(yīng)速率影響最大。Lin等[67]對沼氣中甲烷水蒸氣重整制氫過程進行了熱力學分析，得出在溫度為700～800 ℃、水碳比為2時，氫氣產(chǎn)量最大。Wu等[68]采用等效介質(zhì)法對不同催化劑顆粒結(jié)構(gòu)上甲烷水蒸氣重整制氫過程進行比較，結(jié)果表明，催化劑顆粒徑向填充結(jié)構(gòu)比軸向填充結(jié)構(gòu)的重整效率高。Maqbool等[69]采用有限差分法通過gPROMS軟件對填充床反應(yīng)器進行模擬，得出甲烷水蒸氣在反應(yīng)器中重整過程的最佳工況參數(shù)。Bulfin等[70]采用熱力學分析方法對金屬氧化物氧化還原重整與甲烷水蒸氣催化重整進行了比較，結(jié)果表明，甲烷水蒸氣催化重整在工業(yè)上有很好的熱力學基礎(chǔ)，然而使用二氧化鈰進行氧化還原反應(yīng)可得到高質(zhì)量的合成氣。Wang等[71]對甲烷水蒸氣在氫氣與二氧化碳交替滲透膜組成的反應(yīng)器中的重整過程進行了研究，得出在該反應(yīng)器中水蒸氣和甲烷轉(zhuǎn)化率均達到100%。

3 甲烷水蒸氣重整過程中催化劑的研究

甲烷水蒸氣重整為吸熱反應(yīng)，通過熱力學分析可知，該反應(yīng)需要在高溫、高水碳比、低壓下進行，若沒有催化劑參與，則該重整過程反應(yīng)速率緩慢。因此，催化劑對于甲烷水蒸氣重整制氫反應(yīng)過程非常重要。

Dan等[72]采用共沉淀法制備了Ni/Al2O3、Ni/MgO-Al2O3、Ni/La2O3-Al2O33種催化劑應(yīng)用于甲烷水蒸氣重整過程，得出催化劑催化活性按照Ni/Al2O3

綜上所述，在甲烷部分氧化反應(yīng)過程中貴金屬的積炭量順序為Pd>>Rh>Ru>Pt>Ir。對于非貴金屬Fe、Co、Ni負載于載體Al2O3上的催化劑，研究結(jié)果表明，Ni催化劑活性及抗積炭能力好。相比價格昂貴的貴金屬催化劑，非貴金屬催化劑在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，雖然催化劑成分不同，但為了防止催化劑表面積炭，通常會在催化劑中加入某種助劑。因此，制備活性高、性能穩(wěn)定、抗積炭能力強的催化劑成為甲烷水蒸氣重整制氫的重要研究方向。

4 結(jié)論與展望

甲烷水蒸氣重整制氫作為一種有效的制氫方法，可以解決溫室氣體的排放與清潔能源獲取的問題。甲烷水蒸氣重整制取合成氣在能源與環(huán)境方面具有重要意義。隨著近年來研究的不斷深入，甲烷水蒸氣重整的實驗方法與測試技術(shù)不斷完善，其研究取得了很大進展，但對其反應(yīng)機理仍存在很大的爭議，今后的研究應(yīng)基于熱力學軟件對甲烷水蒸氣重整制氫過程的反應(yīng)特性進行模擬計算，通過優(yōu)化工況參數(shù)確定最佳反應(yīng)條件，探索反應(yīng)機理，為甲烷水蒸氣重整的工業(yè)生產(chǎn)提供理論指導。對于甲烷水蒸氣重整反應(yīng)器的選擇，在考慮成本的同時，還要得到高純度的產(chǎn)物。此外，對于催化劑的研究應(yīng)尋求操作方法簡單、價格低廉、原料儲量豐富、可以獲得高活性材料的研究方法，并探求催化劑與化學反應(yīng)之間的關(guān)系，進而制備出活性高、性能穩(wěn)定、抗積炭能力強的催化劑，這是目前需要解決的主要問題。