催化甲烷裂解优化反应器

量化平衡产氢与积炭

通过CFD-PBD-RSM框架系统优化固定床反应器参数，在最大化氢气产量的同时将焦炭沉积控制在可接受范围内，为工业放大提供直接依据。

Abdi-Khanghah, Mahdi · Rajabi Firoozabadi, Solmaz · 朱珏

International Journal of Hydrogen Energy 2026

参数信息

出口氢气浓度

3.21–3.24 mol m⁻³

焦炭沉积量

0.019 kg

床层孔隙率损失（温升对比）

12.5 %

技术优势

产氢量大幅提升

在优化条件下出口H₂浓度达到3.21–3.24 mol m⁻³，较未优化时的0.28 mol m⁻³提高一个数量级以上。

积炭可控

在最大产氢场景（912.5 K）下焦炭沉积量仅为0.019 kg，在最小积炭场景（854 K）下进一步降至0.012 kg，有效缓解反应器堵塞。

优化流程快

利用Plackett–Burman设计从11个变量中快速筛选关键因素，再结合响应面法进行多目标优化，缩短实验周期。

应用场景

• 绿氢生产：直接用于无CO₂排放的氢气生产，替代蒸汽甲烷重整。
• 甲烷热解制氢：在固定床反应器中实现高效甲烷裂解，减少积炭导致的停产。
• 抗积炭催化剂：通过工艺参数优化降低催化剂积炭速率，延长使用寿命。
• 反应器优化：提供经CFD-PBD-RSM验证的操作窗口，减少试错实验。
• 工艺放大：优化的反应器条件可直接作为工业放大设计基础。