吸附强化甲烷水蒸气重整（CH₄-H₂O重整）是一种创新的制氢方法,该方法以CH₄-H₂O重整反应为基础,通过加入二氧化碳（CO₂）吸附剂原位移除重整反应产生的CO₂,使化学平衡向产物方向移动,强化反应过程,实现了一步制取高浓度的氢气。该工艺可解决传统制氢工艺的能耗高、工艺复杂等问题,具有重要的研究价值,吸附剂是该方法中核心技术问题。氧化钙（CaO）基吸附剂因其高理论吸附容量及廉价易得的优势被广泛用于吸附强化CH₄-H₂O重整,然而该吸附剂仍存在两方面问题阻碍其应用:一是在与CO₂反应过程中产物CaCO₃易堵塞吸附剂颗粒孔隙,使CO₂扩散受阻,导致吸附剂吸附容量低;二是在循环反应-再生的过程中易因高温而烧结,导致比表面积与孔隙率下降使吸附性能迅速降低。因此,开发具有高CO₂吸附容量和强循环吸附稳定性的CaO基吸附剂是促进吸附强化CH₄-H₂O重整制氢技术实现工业应用的关键。本文通过对CaO基吸附剂与CO₂反应过程特点及动力学的深入研究,发现反应过程中CO₂在吸附剂颗粒内的扩散是影响吸附剂特性的关键因素,提高吸附剂初始比表面积与孔体积及减少反应过程中吸附剂颗粒孔隙堵塞和强化吸附剂比表面与孔结构在循环吸附-再生过程中的稳定性两方法是实现提高吸附剂吸附容量与循环吸附稳定性的主要手段。本文首先以提高吸附剂的循环吸附稳定性为目标,对cao吸附剂进行了al的掺杂,考察了al掺杂量对吸附剂吸附性能的影响,并对掺杂al后吸附剂性能提高的原因进行了深入分析;然后在此基础上对吸附剂进行了水蒸气和co2预处理,进一步提高其吸附容量;最后将得到的cao基吸附剂初步应用于吸附强化ch4-h2o重整考察其在实际应用中的性能。具体研究结果与结论如下:（1）利用溶胶凝胶法合成得到系列强循环吸附稳定性的cao基吸附剂,适量al的添加可使合成吸附剂的co2吸附容量显著提高,其中cao/al2o3质量比为9:1的吸附剂具有最高的co2吸附容量,在20次循环过程中,其吸附容量由4.65mmolco2/g吸附剂仅降至4.11mmolco2/g吸附剂,相比之下不添加al的合成吸附剂吸附容量仅有2.13mmolco2/g吸附剂。（2）制备得到的cao/ca3al2o6系列合成吸附剂具有在高温下较稳定的小比表面、小孔体积结构,使其在循环吸附过程中结构保持稳定,循环吸附稳定性强;掺杂al后经焙烧形成的惰性物质ca3al2o6均匀分散在cao微粒间,减少了吸附剂颗粒在与co2反应过程中体积的膨胀程度,为co2向吸附剂颗粒内的扩散提供了一定的孔隙,使掺杂al的合成吸附剂比不掺杂al的合成吸附剂co2吸附容量显著提高。（3）借助气固反应粒子模型从理论上分析了惰性组分的存在对吸附剂中cao利用率的影响,发现惰性组分ca3al2o6的存在有力的缓解了吸附剂颗粒与co2反应过程中由于产物caco3的生成而导致的孔隙堵塞,强化了反应过程中CO₂的扩散,使吸附剂中CaO利用率大大提高。（4）对吸附剂进行水蒸气预处理与CO₂预处理后,吸附剂中CaO晶粒尺寸减小,吸附剂比表面积和孔体积大大提高,使其初始CO₂吸附容量显著提高。300oC下水蒸气预处理与650oC下CO₂预处理取得的效果最佳,处理后吸附剂15次循环吸附中稳定性有所下降,但最终吸附容量仍稳定于比未处理吸附剂高20%的值上。（5）通过对吸附强化CH₄-H₂O重整反应的热力学分析发现,低压、500⁶50oC的中温、高H₂O/CH₄比例的条件对制氢有利,综合考虑制氢效果与能耗选择了在1 atm、600oC、H₂O/CH₄比例为4的条件下进行吸附强化CH₄-H₂O重整制氢实验。单次制氢过程中,加入CaCO₃或本文所得CaO/Ca₃Al₂O₆吸附剂的吸附强化效果显著,得到的H2浓度均达到了98.0%左右,CH₄转化率达到了98.0%左右,并分别维持了40分钟,而相同反应条件下传统CH₄-H₂O重整的理论H2浓度仅为75.9%,CH₄转化率为85.4%。循环制氢过程中,相比于CaCO₃,使用本文最优CaO/Ca₃Al₂O₆吸附剂的循环制氢效率明显更高,该吸附剂在循环吸附强化CH₄-H₂O重整制氢中体现出很强的循环稳定性。