随着经济社会的快速发展,人们对节能环保的要求越来越高。海运业作为耗能大户,新能源船舶的开发显得尤为重要。燃料电池具有高能效、低排放、低噪音、布置灵活等诸多优势,有望成为潜艇、LNG、科学勘探船等船舶上代替传统动力装置的新技术。氢气作为燃料电池的主要燃料之一,具有不易大量储存的特点。因此,将燃料电池船商用化,解决氢燃料的贮藏是关键。天然气资源丰富、易于储存,且作为船载货物,有着成熟的载运管理体系。因此利用天然气在船舶运行途中现场制氢,是解决这一难题的有效途径。尽管甲烷水蒸气重整制氢过程易于控制,产氢率高,但其工业设备体积庞大,不利于在有限空间的船舶领域直接应用。因此,设计船用紧凑型甲烷重整器成为航运业亟待解决的关键问题。微通道双向耦合的紧凑型甲烷重整器既能满足海上环境对设备的要求,因此具有很大的开发潜力。目前对甲烷水蒸气重整的研究主要集中在催化剂的制备与优化上,以提高甲烷转化率、一氧化碳选择性、催化剂抗积碳能力等重要性能,国内外有很多针对催化剂的活性组分、助剂和载体的研究。基于这些研究,本文的工作主要有:(1)设计并搭建甲烷水蒸气重整反应的实验与测试平台,制作了小型甲烷重整器。(2)使用等体积浸渍法与分布浸渍法分别制备了 Ni/CeO2催化剂与Mg-Ni/CeO2、Sr-Ni/CeO2催化剂。并进行了催化剂的表征与分析。(3)进行甲烷水蒸气重整实验,考察了所制备催化剂的催化活性,结合表征结果和催化剂表现出的抗积碳能力,得到了在一定工况条件下活性组分及助剂的最优负载量,此时甲烷转化率为74.9%,产氢率为182.3%,CO选择性为20.6%。(4)改变工况条件,考察了反应温度、体积空速以及水碳比三个工况参数对甲烷水蒸气重整反应的影响,并且得到了最优的工况条件,为反应温度700℃、水碳比3:1、空速 1000h-1。(5)使用COMSOL针对甲烷重整器建立了三维耦合模型。分析了反应条件对微通道中各组分变化以及重整器性能的影响,认为应将催化层厚度减薄并增加其孔隙率。为优化甲烷重整器提出了指导原则。