蒸氣重組

定義

蒸汽重組指的是蒸汽經過物理化學反應之後重新組合的過程。在燃料電池領域，氫通常通過蒸汽重組、部分氧化、自熱重組三種過程從天然氣、汽油或甲醇等碳氫燃料中產生。

蒸汽重組是一個吸熱過程，這意味著必須將熱量帶入到反應器中。這些熱通常是由額外的燃料燃燒而產生的。這兩種反應由導熱壁物理隔離，因此產生的氣體不含有任何氮。蒸汽重組反應是可逆的，且產生的氣體是氫、一氧化碳、二氧化碳（也會發生一些變換反應）、水蒸氣以及未轉換燃料的混合物。

與蒸汽重組不同，部分氧化是一個放熱過程。本質上，這是一種以較低氧化學計量比進行的燃燒過程，使得產生一氧化碳和氫（而不是完全燃燒中產生的二氧化碳和水蒸氣）。在類似於蒸汽重組的過程中，重組氣體必須經過變換反應以產生更多的氫並通過擇優氧化將CO分量減少到可接受水平。

在部分氧化中，每摩爾燃料產生較少的氫。對於甲烷，每摩爾甲烷經部分氧化可產生2mol的氫，而通過蒸汽重組可產生3mol氫。對於辛烷,產生比更糟糕，即9mol與17mol。

除此之外，與蒸汽重組的產生氣體中僅含有氫和二氧化碳（擇優氧化後具有極少量的CO）不同，部分氧化後產生氣體中含有大量的氮，氣體中的氫含量非常低（大約為40%，相比於蒸汽重組的80%），且對燃料電池的性能具有一些影響。

由於部分氧化是一個放熱過程（即產生熱），而蒸汽重組是一個吸熱過程程（即需要熱），這兩個過程實際上可結合在自熱重組過程中。其中，不是外部燃燒並傳熱到蒸汽重組反應器，而在自熱重組器中通過部分氧化內部產生熱，並通過反應氣體和部分氧化的產物（氫和一氧化碳）傳輸到蒸汽重組區。

自熱重組的過程可能是吸熱、放熱熱或熱中性的，這取決於進入系統的氧氣量。自熱重組的反應方程與具有外部燃燒的蒸汽重組的反應方程是相同的，區別在於蒸汽重組中燃燒和重組這兩個過程是物理隔離的，而在自熱重組中，上述兩個過程在同一反應器中彼此相伴。