甲烷自热重整由于结合了水蒸气重整反应和部分氧化重整反应，不仅实现了能量上的耦合，而且高效、简便，产物中的H2/CO比例更易控制，启动容易，同时原料气的氧化能力较强，能有效的消除积碳，因而是目前最有前景的制备氢气的方法之一。镍基催化剂由于高活性和低成本，在甲烷自热重整反应中有着广泛的应用。然而，镍基催化剂具有易烧结、易积碳和稳定性低的缺点，不能满足实际应用要求，因而探索如何提高催化剂的活性和稳定性是本工作的重要内容。　　本论文围绕甲烷自热重整反应过程，对镍基催化剂进行了系统的研究，对甲烷自热重整进行了热力学理论分析、平衡组分的模拟和积碳区域的分析，为实验进行理论指导;考察了不同载体负载的镍基催化剂在甲烷自热重整反应中的催化性能，对催化剂载体进行了筛选及优化;通过添加助剂，运用BET、TEM、XPS等多种技术对催化剂的宏观结构、表面性质、还原性等进行了研究，并详细考察了助剂的作用机理。　　采用热力学软件分析了甲烷重整反应的热力学，讨论了在不同条件下可能进行的反应，总结出反应的热力学规律，计算出积碳反应的热力学，为实际的甲烷自热重整过程提供了理论指导，能使反应避免热力学的积碳区域。结果表明，甲烷自热重整中，理论上水碳比大于0.5、氧碳比大于0.4即可避免积碳，反应温度应选择600-800℃。当温度由低温开始升高时，促进了甲烷的水蒸气重整和二氧化碳重整，从而甲烷的转化率、CO和H2的选择性都升高。增加反应的水碳比和氧碳比时，会促进碳的消除和CO、H2的氧化，因而积碳量减少，H2、CO选择性降低。　　选择氧化铝、氧化镧、氧化镁、二氧化硅和氧化钛为载体，比较它们在甲烷自热重整反应中的活性和稳定性，得到催化剂的活性顺序为:Ni/Al2O3＞Ni/La2O3＞Ni/MgO＞ Ni/SiO2＞ Ni/TiO2，Ni/SiO2和Ni/TiO2的稳定性最差，出现失活现象。选择活性和稳定性最高的氧化铝为载体。　　对Ni/Al2O3催化剂的参数进行优化，考察了不同负载量、空速和原料比对催化性能的影响。对于负载量的研究，Ni/Al2O3催化剂负载量分别选定为5wt％，10 wt％，15wt％，随着负载量的增大，镍颗粒更易聚集在催化剂表面，使得表面镍颗粒的分散度降低，镍颗粒变大。较大的镍颗粒活性较好，却易导致烧结和积碳的发生，因此15wt％Ni/Al2O3的活性最高，稳定性却最差，而5wt％Ni/Al2O3催化剂的活性最低，稳定性最好，积碳量也较少。因而10 wt％是最适宜的Ni负载量。高温时，随着空速的增加，催化剂的活性下降;低温下，甲烷的氧化反应占主体，放热性强，反应受传热控制，因而空速提高，催化剂的活性先增加，再下降。固定水碳比时，随着氧碳比的增大，催化剂的甲烷转化率增加，生成的氢气减少;固定氧碳比时，随着水碳比的增加，催化剂的甲烷转化率增加，生成的氢气也增加。　　考察了La、Ce、Zr助剂的添加对催化剂性能的影响。结果表明，5wt％的La、Ce、Zr助剂的添加对10 wt％Ni/Al2O3催化剂的活性、稳定性和抗积碳性均有一定影响。当ZrO2的添加量为5wt％时，催化剂的活性和稳定性显著提高，然而添加量为10 wt％和15 wt％时，催化剂的活性反而下降。在Ni/Al2O3催化剂中添加1wt％，3wt％，6 wt％，9wt％的La2O3助剂，催化剂的活性和稳定性都有所提高，且积碳量减少。　　在Ni/Al2O3催化剂中添加5wt％，10 wt％,15 wt％，20 wt％的Pr6O11助剂，发现添加Pr助剂会改变氧化铝的结构，提高催化剂表面的镍颗粒分散度，同时使得催化剂更易被还原，Ni与载体之间的相互作用减弱。氧化镨具有储氧性能，有利于碳的消除，从而使Ni/Al2O3催化剂的活性、稳定性和抗积碳性能提高。　　在Ni/Al2O3催化剂中分别添加5wt％,10wt％,15 wt％，20 wt％的氧化钇助剂，发现添加后，催化剂的比表面积下降，催化剂表面的镍颗粒大小减小，氧化钇与氧化镍或氧化铝都未形成化合物，氧化钇的添加使得镍与载体之间的相互作用增强。当氧化钇含量低于10 wt％时，随着氧化钇含量的增加，催化剂的活性先增加，然而进一步增加氧化钇的量，催化活性反而下降，且氧化钇的添加促进了H2/CO摩尔比的增加。氧化钇与CO2会形成Y2O2CO3，而形成的Y2O2CO3会与沉积的碳发生反应，促进积碳的消除，从而减少催化剂的积碳。