近日，太原理工大学冯杰教授团队在期刊Carbon Resources Conversion发表题为“Efficiency analysis of sorption enhanced method in steam methane reforming process”的文章。

该项研究对甲烷水蒸汽吸附强化制氢过程进行了流程模拟，研究结果指出：吸附强化技术对产气中CO₂预分离的优势可以弥补吸附强化催化剂再生的高能耗。吸附强化技术的使用可提高水蒸汽的分解率，促进工艺从水中获取更多的H元素以实现元素的合理分配。

研究背景

甲烷水蒸汽重整制氢（Steam Methane Reforming, SMR）是甲烷与水蒸汽在500~700 ℃下发生重整反应制取H₂的工艺技术。该技术自1926年首次提出以来，经90多年的技术改进和发展目前已成为应用最广泛的甲烷制氢技术。尽管SMR工艺相对成熟并已大规模应用于工业生产，但由于热力学平衡限制，为获得高纯度H₂，需对产物中CO₂分离，分离能耗巨大，影响了SMR工艺的技术经济性。

反应吸附强化甲烷水蒸汽重整（Reactive Sorption Enhanced Steam Methane Reforming, ReSER）技术的原理是使用吸附剂将重整反应生成的CO₂原位脱除，利用勒沙特列原理提高产物中H₂的平衡分压，分离与反应同时进行。尽管ReSER工艺使用吸附剂实现了CO₂的原位脱除，但吸附剂的再生同样需要耗能，评估与对比再生过程的能耗对该技术带来的高产品纯度与传统工艺间的博弈有重要的借鉴价值，可为吸附强化技术在工业上的推广应用提供理论和技术支撑。

通过对工艺模拟结果可知，ReSER工艺的优势在于，吸附强化技术的加入使得工艺产出H₂纯度从原来的70%提高到了99%，而因高的产品H₂纯度又使得后续在PSA单元的H₂回收率也大幅提高，从原来的41.07%提高到了86.88%，也因此提高了最终H₂的产量。另外，由于吸附强化技术打破了反应的热力学平衡限制，使得反应朝H₂生成的方向移动，水的分解率提高了20%以上，因此工艺整体从水中攫取H元素的能力，实现了更高的元素利用效率。而ReSER工艺的劣势在于其额外增加了吸附剂的再生步骤，再生能耗较高占总能耗的50%以上。为将吸附强化技术产氢多的优势与能耗大的劣势进行统一的量化评价，选取了单位产氢能耗为评价指标。吸附强化技术的加入使得工艺的单位产氢能耗从原来的276.21 MJ/kmol下降到了131.51 MJ/kmol，降低了52%。由此得出吸附强化技术的加入对于传统的甲烷水整齐重整制氢技术具有明显的节能效应，其产生高纯度氢气产品气的优势弥补了其高再生能耗的劣势。本文对吸附强化技术在甲烷水蒸气重整制氢工艺中的模拟，从理论分析证明了吸附强化技术是一种元素与能量双重高效的技术。

文章信息

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2588913322000722

期刊介绍

Carbon Resources Conversion (CRC) 是一本专注于碳资源转化的国际学术期刊。

沈阳化工大学校长许光文教授和希腊雅典农业大学食品科学与人类营养学系Seraphim Papanikolaou教授担任主编。

期刊自2018年创刊以来，致力于推广碳资源基础研究和工业发展方向的优质学术文章，主要发表包括化石资源、生物质、有机废弃物、碳基平台化合物等各种碳资源清洁、高效、增值、低碳利用相关的基础研究和工业开发成果。期刊编委成员包括来自中国、美国、英国、法国、日本、韩国等多个国家的知名学者。

目前，期刊入选2021年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目；2022年CiteScore高达9.7, 位列所在学科的前10%

同时被ESCI、EI Compendex、DOAJ、INSPEC、Scopus、CAS等重要数据库收录。

https://www.keaipublishing.com/en/journals/carbon-resources-conversion/