氢能是世界上公认的清洁能源,其单位质量热值最高,燃烧产物为水,环境友好。作为质子交换膜燃料电池的燃料是氢能的主要应用领域。将膜分离器应用于甲烷蒸汽重整反应-膜分离一体化制备高纯氢是当前氢能研究的热点之一。在适宜的温度下,H2能够从Pd膜的高压侧向低压侧渗透,实现膜分离制备纯氢。将Pd膜与天然气蒸汽重整制氢结合,H2透过Pd膜被源源不断地移出原料侧,能够打破反应的热力学平衡,在较低温度下获得较高的CH4转化和H2收率。首先,本文采用两种热力学方法进行了基于Pd膜的反应-分离一体化计算,获得了温度、压力、水碳比及不同的氢气分离比率等条件下,CH4转化率和产品干气中H2含量等的规律性认识。进而针对典型的天然气蒸汽重整产品干气组成,采用不同CO2和CO含量的原料气,在不同温度、压力和流量条件下进行了 Pd膜分离制纯氢的研究。结果表明,流量和温度对Pd膜分离H2的影响较小,压力和COx含量对Pd膜分离H2有很多影响。高压和低COx有利于H2的分离,高压和高COx会导致副反应逆水气变换反应和甲烷化反应加剧。在上述基础上,将甲烷蒸汽重整与Pd膜分离集成进行了反应-分离一体化制氢研究。结果显示温度和压力对反应-分离一体化制氢有显著影响。温度需要超过500℃才会有较多的H2透过Pd膜被分离出体系,同时提高CH4的转化率。提高压力有利于H2的分离,能显著提高CH4的转化率,这是与热力学平衡完全相反的。提高水碳比也能显著提高CH4转化率,但氢气回收率明显下降。