天然气作为碳源将在未来能源与基础化学品的生产中扮演愈来愈重要的角色。目前,天然气水蒸气重整制氢工艺已广泛应用于工业生产。该工艺比较成熟,但由于天然气水蒸气重整是强吸热慢反应,受反应本身的热力学和动力学条件限制,使得该过程存在能耗高、装置规模大、投资高等缺点。同水蒸气重整法相比,天然气部分氧化制备合成气(POM)则因其为放热快速反应而具有能耗低、可大空速操作等特点。然而,正是由于甲烷部分氧化制合成气是放热并在大空速下操作,反应主要集中在催化剂入口段进行,从而使催化剂入口段床层热量蓄积并出现热点温度,热量向混合区辐射,使POM反应存在以下问题:原料气进入催化剂床层前易发生气相反应,降低体系操作的安全性;热点的存在,使催化剂活性组分易流失或高温烧结而失活;反应体系的热量不合理散热,造成能量上的浪费;热点的存在,对反应器的材质提出了更高的要求。针对以上问题,本论文进行了反应器的设计、催化剂的筛选和反应工艺条件的考察。在使用氧分布器反应器中,进行了催化剂的性能评价和温度分布考察,实验结果表明采用氧分布器的反应器可获得更加合理的催化剂床层温度分布。通过改变氧分布器的结构、氧分配比、反应器结构考察了氧分布器内的氧分布状态。催化剂的研究表明,8%Ni-2%La2O3-MgAl2O4催化剂具有最佳的催化性能,对天然气-空气-水蒸汽体系,在0.8MPa,830℃反应条件下甲烷转化率达到97%。在适当的反应条件下考察了所选镍基催化剂的催化稳定性,实验结果表明在1000小时的反应期间,催化剂的活性基本保持恒定,催化剂无积炭生成。上述结果验证了采用氧分布器的天然气制氢反应的合理性和可行性,为进一步放大试验奠定了基础。