制氢反应器是甲烷蒸汽重整制氢工艺的核心设备，也是主要能耗单元。本文以新型套管式制氢反应器为研究对象，采用数值模拟与实验研究相结合的方法进行反应器的模拟与优化研究。　　首先，搭建了一套实验装置，在Ni/Al2O3催化剂上进行甲烷蒸汽重整的本征动力学实验研究，得到双速率方程的动力学模型，并将研究成果应用于反应器的数值模拟;其次，以CO和CO2为关键组分建立反应器的数学模型，通过Matlab软件采用龙格库塔法对模型进行求解，并数值分析了不同工艺参数对甲烷转化过程的影响;最后，基于正交分析和响应面分析方法，以反应器单位产氢量的燃料消耗为优化目标，开展了套管式反应器结构和工艺参数优化研究。结果表明:(1)水碳比、炉膛温度与入口温度的增加会提高甲烷转化率和反应器出口温度;空速提高会降低甲烷转化率和反应器出口温度;入口压力对甲烷转化过程影响并不显著。(2)相比同工况下的传统反应器，当内插管管径为51mm时，反应器出口温度降低了22.97℃，燃料消耗降低了0.17kW·h·kg-1。(3)炉膛温度分布较优组合为上段850℃、中段950℃、下段950℃，此时反应器的燃料消耗降低了8％。(4)较优的工艺参数组合:水碳比为3.33，空速为1165.52h-1，入口温度为559.69℃，此时反应器的燃料消耗降低了0.57kW·h·kg-1。