郑 建，包叶朋，周 锐，张毅然，林 赫

(上海交通大学 动力机械与工程教育部重点试验室，上海 200240)

0 概述

近年来，天然气在发动机中的应用比例逐年增加，成为重要的石油替代燃料。天然气中的主要成分甲烷(CH4)具有稳定的分子结构，在发动机中不易点燃，燃烧速率相对较慢。而H2的着火性能优异且燃烧速率快，因此天然气发动机的掺氢改善燃烧受到了广泛的关注[1]。但是氢气存在车载储存问题。文献[2]中提出利用车载燃料催化重整制氢的方案解决储氢问题。

常用的天然气重整技术主要包括水蒸气重整、部分氧化重整、二氧化碳重整。水蒸气重整是传统的重要制氢重整工艺，但是该反应是一个强吸热反应，需要在高温高压下进行，设备投资较大。二氧化碳重整采用CO2为主要原料，有助于缓解温室效应，具有较大的应用潜力，但是严重的积炭现象限制了其大规模工业应用。相比较而言，部分氧化重整是一个温和的放热反应，不需要庞大复杂的供热、换热设备，能耗低，可显著降低设备投资和生产成本。该反应以多相反应为主[3-7]，主反应方程式直接部分氧化反应见式(1)，其反应焓ΔH为-72 kJ/mol。

(1)

部分氧化重整过程可能发生的一些副反应[6-8]，如完全氧化反应(式(2))、生成CO2和H2O后引发的水蒸气重整反应(式(3))、CO2重整反应(式(4))和水气置换反应(式(5))，式(2)～式(5)的反应焓分别为-803 kJ/mol、+206 kg/mol、+247 kJ/mol和-41 kJ/mol。

(2)

(3)

(4)

(5)

甲烷部分催化氧化反应(式(1))速率可以比水蒸气重整反应(式(3))快几个数量级，在高空速下仍然保持较高的转化率和部分氧化产物选择性。……