反应吸附强化甲烷水蒸气重整制氢反应技术概述

萧 蕙，吴素芳

浙江大学化学工程与生物工程学院，浙江 杭州 310027

氢气不仅是化工、炼油和冶金的重要原料，也是清洁能源氢能的氢源。甲烷水蒸气重整反应（SMR）是目前生产H2的主要工业技术[1-3]，产量覆盖了全球H2需求量的近一半[4]。传统SMR 制氢技术受强吸附反应影响，反应温度高达750～900 ℃，能耗高，而且流程长。早期Harrison 等[5-7]提出将甲烷水蒸气重整催化剂和高温CO2吸附剂混合，使SMR 两步反应和CO2的捕获过程在一个反应器中完成，利用CO2的原位移除打破CO 变换反应以及甲烷水蒸气重整制氢反应平衡，该过程称为吸附强化甲烷水蒸气重整制氢反应过程（SERP），其特点是采用水滑石等物理吸附剂吸附脱除CO2[8-11]。与传统的SMR 相比，SERP 简化了反应装置和反应流程，降低了制氢反应温度，提高了原料转化率和出口氢气浓度，减少了后续CO2的分离步骤，成为新的制氢技术[12-13]。

反应吸附强化甲烷水蒸气重整（ReSER）制氢原理是在勒夏特列原理基础上，采用CaO 基吸附剂为高温CO2吸附剂，通过CaO 与CO2碳酸化反应脱除CO2。CaO 与CO2的碳酸化反应以及碳酸钙再生为CaO 与CO2被称为是钙循环，ReSER 制氢是一个甲烷水蒸气重整制氢与钙循环的耦合。其技术特点是采用CaO 通过化学计量与CO2反应，达到定量快速脱除CO2的效果，实现甲烷水蒸气重整制氢的强化作用，达到降低反应温度、缩短流程以及降低能耗和制氢成本等效果。

CaO 基吸附剂是ReSER 制氢的关键，其中CO2吸附性能直接影响ReSER 制氢的效果。CaO 基吸附剂需要满足以下要求：高温反应条件下具有热稳定性，高的CO2吸附容量，容易再生，吸附剂在多次循环使用后仍具有足够的吸附能力和机械强度[14]。……