近年来,由于氢燃料电池在各种分布式能源系统中的大量应用,对高纯度的,廉价的分布式氢源的需求日益增加。在众多的小型制氢反应器的研发中,流化床钯膜制氢方式由于其诸多的优点逐渐受到人们的关注。解东来老师在2006年提出了一种膜组件呈环形放射状排列的流化床膜反应器概念设计。本课题利用Aspen Plus建立了流化床膜反应器的热力学平衡模型并对其主要操作条件对反应性能的影响进行了研究,对流化床催化剂性能进行了实验研究,设计了一种新型的流化床膜反应器并进行了相关实验。论文主要包含以下几个方面的内容:利用Aspen Plus建立了流化床膜反应器的热力学平衡模型。该模型将流化床膜反应器分为多个连续的子反应模块和膜分离模块。水汽重整反应采用Aspen Plus中的最小吉布斯自由能反应器模块,用Fortran语言编写嵌入Aspen Plus中的模块模拟合成气中氢气透过膜的过程。模型计算结果能与文献中数据有很好的吻合。通过模型对反应压力、温度、水碳比、膜内侧压力、以及膜透过能力等研究表明:氢气透过钯膜能够打破原有的热力学平衡,促进反应朝氢气产生的方向进行;甚至能抵消压力对反应的不利影响等。流化床催化剂性能测试:催化剂是决定反应性能的一重要因素,良好的催化剂能够实现反应接近化学热力学平衡。为了检测催化剂的性能,在实验室中搭建了一套催化剂性能测试系统,对催化剂的基础数据及催化性能进行测试。结果表明催化剂有很好的催化作用,催化反应能接近化学热力学平衡。一种新型流化床膜反应器制氢装置设计,该反应器高2 m,反应区内径280 mm,反应器内安置了16块双面贴有钯银合金的透过性膜,有效膜分离面积为130 cm2。膜厚度25 um,膜贴于多孔烧结金属板上。空气从反应器的顶部引入到反应器底部的空气分布器。钯膜组件与空气分布器都是环形放射状安置于反应器底部反应区。设计了一种新型的天然气制氢工艺,主要包括:原料供应系统,反应及分离系统,尾气处理系统。该制氢系统在四川遂宁中石油西南油气田磨深一号井进行了现场试验。