氫氣作為一種清潔高效的能源載體，在全球能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程中占據(jù)著關(guān)鍵地位。蒸汽甲烷重整（SMR）憑借原料來源廣泛、技術(shù)相對成熟等優(yōu)勢，成為當(dāng)下大規(guī)模制氫的重要技術(shù)路徑。在SMR過程中，準(zhǔn)確監(jiān)測和控制四種關(guān)鍵氣體成分的濃度對于確保工藝的安全性和效率至關(guān)重要。

蒸汽甲烷重整（SMR）

蒸汽甲烷重整（SMR）是成熟的熱化學(xué)工藝，其工藝過程為：在催化劑作用下，使甲烷原料（如天然氣）與高溫蒸汽在3...25 bar（43.5...363 psi）壓力下發(fā)生反應(yīng)。這一工藝在煉油、化肥制造和甲醇生產(chǎn)等行業(yè)中已有悠久的應(yīng)用歷史。

反應(yīng)產(chǎn)物為合成氣，即氫氣和一氧化碳的混合氣體。隨后發(fā)生水煤氣變換（WGS）反應(yīng)，將一氧化碳轉(zhuǎn)化為額外的氫氣，同時生成二氧化碳和少量一氧化碳副產(chǎn)品。

重整裝置中進(jìn)行的蒸汽甲烷重整（SMR）過程

在蒸汽甲烷重整（SMR）中哪些氣體成分需要監(jiān)測？

蒸汽甲烷重整（SMR）工藝不僅是工業(yè)制氫最廣泛使用的方法，也是化學(xué)性質(zhì)最復(fù)雜的方法之一。

SMR 的核心是甲烷 (CH?) 與蒸汽 (H?O) 在鎳基或貴金屬催化劑上發(fā)生高溫反應(yīng)，生成氫氣 (H?)、一氧化碳 (CO) 和二氧化碳 (CO?)。然而，在這個簡化的反應(yīng)方程式背后，隱藏著可逆反應(yīng)和副反應(yīng)的高度動態(tài)平衡。

這種復(fù)雜性帶來了一個核心挑戰(zhàn)：哪些氣體需要監(jiān)測？

在實(shí)踐中，?蒸汽甲烷重整SMR 系統(tǒng)中必須監(jiān)測四種氣體成分:?甲烷（CH?）,?一氧化碳 (CO),?二氧化碳（CO?）及?氧氣（O?）。每種氣體都可以作為反應(yīng)不同方面和催化劑行為的診斷信號：

• 甲烷CH?：作為主要原料，甲烷的轉(zhuǎn)化率是衡量催化活性的直接指標(biāo)。產(chǎn)物流中 CH? 含量升高通常表明重整不完全、溫度不足或催化劑失活。
• 一氧化碳CO：一氧化碳既是主要的中間體，也是有害的副產(chǎn)品。高濃度的一氧化碳可能表明下游工藝中發(fā)生了逆水煤氣變換反應(yīng)，或一氧化碳轉(zhuǎn)化效率低下。
• 二氧化碳CO?：CO? 既是水煤氣變換反應(yīng)的產(chǎn)物，也是完全氧化過程的產(chǎn)物。CO? 與 CO 的比率（即 CO/CO?）是催化劑選擇性和競爭反應(yīng)途徑相對優(yōu)勢的關(guān)鍵指標(biāo)。
• 氧氣O?：在SMR的氧化重整或自熱重整方案中，氧氣含量至關(guān)重要。殘余O?水平?jīng)Q定了反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，從而影響安全性和能源效率。

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