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发表人：xiaoshanshan |
发表时间：2025/9/11 10:32:00 |
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| 本栏论题： |
蒸汽甲烷重整 (SMR)制氢生产中的气体浓度监测 [11] |
氢气作为一种清洁高效的能源载体，在全球能源转型进程中占据着关键地位。蒸汽甲烷重整（SMR）凭借原料来源广泛、技术相对成熟等优势，成为当下大规模制氢的重要技术路径。在SMR过程中，准确监测和控制四种关键气体成分的浓度对于确保工艺的安全性和效率至关重要。
蒸汽甲烷重整（SMR）
蒸汽甲烷重整（SMR）是成熟的热化学工艺，其工艺过程为：在催化剂作用下，使甲烷原料（如天然气）与高温蒸汽在3...25 bar（43.5...363 psi）压力下发生反应。这一工艺在炼油、化肥制造和甲醇生产等行业中已有悠久的应用历史。
反应产物为合成气，即氢气和一氧化碳的混合气体。随后发生水煤气变换（WGS）反应，将一氧化碳转化为额外的氢气，同时生成二氧化碳和少量一氧化碳副产品。
重整装置中进行的蒸汽甲烷重整（SMR）过程
在蒸汽甲烷重整（SMR）中哪些气体成分需要监测？
蒸汽甲烷重整（SMR）工艺不仅是工业制氢最广泛使用的方法，也是化学性质最复杂的方法之一。
SMR 的核心是甲烷 (CH₄) 与蒸汽 (H₂O) 在镍基或贵金属催化剂上发生高温反应，生成氢气 (H₂)、一氧化碳 (CO) 和二氧化碳 (CO₂)。然而，在这个简化的反应方程式背后，隐藏着可逆反应和副反应的高度动态平衡。
这种复杂性带来了一个核心挑战：哪些气体需要监测？
在实践中， 蒸汽甲烷重整SMR 系统中必须监测四种气体成分: 甲烷（CH₄）, 一氧化碳 (CO), 二氧化碳（CO₂）及 氧气（O₂）。每种气体都可以作为反应不同方面和催化剂行为的诊断信号：
甲烷CH₄：作为主要原料，甲烷的转化率是衡量催化活性的直接指标。产物流中 CH₄ 含量升高通常表明重整不完全、温度不足或催化剂失活。
一氧化碳CO：一氧化碳既是主要的中间体，也是有害的副产品。高浓度的一氧化碳可能表明下游工艺中发生了逆水煤气变换反应，或一氧化碳转化效率低下。
二氧化碳CO₂：CO₂ 既是水煤气变换反应的产物，也是完全氧化过程的产物。CO₂ 与 CO 的比率（即 CO/CO₂）是催化剂选择性和竞争反应途径相对优势的关键指标。
氧气O₂：在SMR的氧化重整或自热重整方案中，氧气含量至关重要。残余O₂水平决定了反应产生的热量，从而影响安全性和能源效率。
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