数据分析法应用于撬装式甲烷水蒸气重整制氢的工艺优化

摘要

[目的]对甲烷水蒸气重整反应的工艺参数进行关联性分析和优化，为工业催化剂的研发和撬装天然气制氢装置设计提供可靠的理论依据.[方法]以传统的15Ni/Al₂O₃为甲烷水蒸气重整反应催化剂，在不同反应温度、水碳比、压力、空速的条件下进行一系列活性评价，利用所得实验数据结合热力学分析和人工智能（AI）+大数据降维技术进行数据分析，对甲烷水蒸气重整工艺条件进行优化，并探究其工艺条件与最终反应结果的相关性.[结果]温度、水碳比和压力通过影响体系中的甲烷水蒸气重整反应、水煤气变换反应和甲烷二氧化碳重整反应，进而影响最终反应结果；空速通过改变反应物与催化剂的接触时间影响最终结果.甲烷转化率与反应温度、水碳比呈显著正相关，与压力呈负相关，且温度和压力对其影响最大；对产物H₂体积分数影响的相关性大小为温度>压力>空速≈水碳比，其中温度、水碳比与其呈正相关；对产物CO体积分数影响的相关性大小为温度>空速>压力>水碳比.[结论]高温、高水碳比、低压和低空速更有利于甲烷水蒸气重整反应，AI+大数据降维分析得出甲烷水蒸气重整中高温、高水碳比、适当压力（约0.5 MPa）为高效工作区，可为小型撬装制氢装置选择合适的工艺操作参数提供理论依据.

关键词

甲烷重整 / 撬装天然气制氢 / 数值分析 / 热力学分析 / 人工智能 / 大数据降维