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天然气重整制氢是质子交换膜燃料电池(PEMFC)电站氢源方案之一。由于微量CO就会引起PEMFC的Pt电极中毒导致电池效率下降，因此，重整氢源中CO的深度去除技术对实现PEMFC电站实用化十分重要，而该技术必须满足CO去除深度低、H2消耗量小、热效率高、控制简单、设备紧凑、稳定可靠等要求。目前，CO深度去除普遍采用CO选择性氧化法，但是该法存在一些不足。近几年，CO选择性甲烷化法的研究受到关注。
本文以提供具有系统简单、可靠性高、效率高等特征的重整氢源中CO深度去除方法为目的，对选择性甲烷化进行了反应动力学、反应条件优化等方面的研究，探讨了反应过程中各因素的影响规律，据此提出了新工艺流程，并对选择性甲烷化催化剂展开了初步研究。具体内容如下：
研究了微分反应器内的宏观动力学，求解了CO甲烷化反应、CO2甲烷化反应以及逆变换反应的动力学方程相关参数。结果表明，CO甲烷化反应速率随温度升高和CO浓度增加而增大，选择性随温度降低和CO浓度增加而提高。因此，可以通过控制反应温度以同时达到较高的CO甲烷化反应速率和选择性。
探讨了积分反应器内的催化剂床层温度分布、反应温度、空速、CO浓度等因素对选择性甲烷化深度去除CO效果的影响，考察了多种Ru系催化剂的性能，据此提出了一种深度去除CO的新工艺流程，即两段甲烷化M-M法，其特征为高温下反应的第一段采用高选择性催化剂、低温下反应的第二段采用高活性催化剂。该方法可满足CO出口浓度低于0.001％、CO2甲烷化率低于5％、操作温宽大于30℃等工程应用的各项要求。
考察了Ru系催化剂作用下的选择性氧化反应，提出了另一种深度去除CO的新工艺流程，即M-O法，其特征为第一段采用选择性甲烷化、第二段采用选择性氧化。M-M法和M-O法均满足实际应用的要求，可用于不同场合的CO深度去除。
提出了一种简单高效的方法，进而将0.001％的CO去除至0.0001％以下，即在PEMFC入口处附加一段高空速选择性氧化过程，以提高系统长时间连续运行的稳定性。
制备了适用于M-M法的选择性甲烷化催化剂，研究了担载量和焙烧条件对Ru/Al2O3选择性甲烷化催化剂性能的影响以及催化剂的热稳定性。实验结果表明，在低于1.6wt.％范围内，担载量的增加使催化剂的活性提高、选择性下降。低担载量和高担载量催化剂分别适用于M-M法的第一、二段。在催化剂制备过程中，随着焙烧温度的升高，RuCl3转化率升高，而金属活性组分烧结加剧。两方面作用的综合效果决定了不同条件下焙烧后催化剂的性能，因此可通过改变焙烧条件来控制催化剂的活性与选择性。考察了分别适用于M-M法第一、二段的0.4 wt.％Ru/Al2O3、1.6wt.％Ru/Al2O3的热稳定性，发现两种催化剂在各自工作温度下焙烧2000h后，性能均未下降，表明它们具有一定的抗烧结能力，热稳定性较高。