氢能是一种能量密度高、无污染的清洁二次能源,氢气的需求量随着人们环保意识的提高而日益增长,分布式制氢方式目前是一种很有前景的供氢技术方案,但其制氢反应器均不同程度上存在受热不均匀、热效率低等问题。本文研制一款基于高温热管的甲烷重整制氢反应器,通过热管传热能力强、均温性好的特性改进反应器的性能。研究的目标是为聚光太阳能化学链重整制氢系统用高效反应器研制提供设计方案和基础参数。反应器内主要有高温热管和石英盘管两个关键部件。高温热管采用金属Na作为填充工质并对其基本参数进行设计和校核,石英盘管内放置Ni-Al₂O₃催化剂并通入反应气体,反应段可接收来自高温热管的辐射热量。反应器设计阶段首先通过模拟计算获得其内部加热及热分布,然后利用制氢实验对反应器制氢效果进行验证和研究。本文采用FLUENT商业软件对反应器内催化剂段进行模拟仿真,模型采用恒温边界条件并将催化剂床层作为多孔介质区域处理,计算过程中同时考虑辐射换热和化学反应的吸热,反应速率通过平行反应模型及阿伦尼乌斯方程给出。模拟结果表明产物中氢气的体积百分数随着管内轴向距离的变长而不断增加,在壁温为750℃的工况下,产物中氢气的体积百分数大于20%,随着床层温度升高,氢气产量还会继续增加。增大反应物中的水碳比或降低进气速率均能够提高甲烷转化率。验证实验则采用电加热方式对反应器进行加热,当进气水碳比为3,催化剂加热至600℃时,利用气相色谱仪检测产物中的氢气体积百分数为21%,甲烷转化率达到40.9%,转化率随加热温度的升高而不断增加,反应段温度在650℃时甲烷转化率提升至47.6%。测试结果表明设计制作的反应器能够在高温条件下进行较为高效的甲烷水蒸气的重整制氢。本研究为利用太阳能制氢的系统方案提供反应器的数据支持。