1.选题目的及意义

1.1选题目的

随着目前石油资源消费与供给矛盾日益突出，内燃机消耗燃油引发的空气污染问题日益严重，人们需要寻找到一种更好的替代燃料。天然气^[1]因其储量丰富以及燃烧清洁逐渐成为石油燃料的主要替代燃料之一。天然气燃料作为内燃机替代燃料有以下优点：发动机以天然气为燃料时抗爆性好，可以实现更大的压缩比，提高发动机热效率；与液体燃料相比，天然气燃料与空气混合更为均匀，使得燃烧过程相对更为充分。发动机燃用天然气排放的CO、PM及硫化物等污染物排放显著降低；天然气资源储量丰富，市场价格较低，单位体积的热值较高，经济性好。

虽然天然气是化石燃料的优良替代品，但在某些方面也存在着明显的不足。如充气效率低、需要的点火能量高、火焰传播速度慢等缺点。这些方面的缺点也导致了天然气不能更好的配合内燃机发挥工作。而氢气^[2]则具有稀燃能力强、火焰传播速率高、点火能量低以及燃烧无污染等优点，这就使得掺氢燃烧成为改善天然气发动机性能的有效途径。

在现有制氢技术中，天然气重整制氢是一种极具实用价值的方式，在工业生产中已有应用，其工艺流程及催化剂的制备等均得到了学者的广泛关注。

目前，天然气制液体燃料（Gas to liquid GTL）^[3]技术受到人们的广泛关注。在ＧＴＬ工艺中，首先通过甲烷水蒸气重整、甲烷部分氧化重整、甲烷二氧化碳重整、甲烷自热重整、甲烷三重整等天然气重整工艺，实现天然气向合成气的转化，再经由进一步的费－托合成工艺转化为液体燃料。ＧＴＬ工艺在降低天然气的输运和存储成本的同时，在一定程度上实现了天然气对石油的替代，成为天然气利用的一种重要方式。

重整反应器^[4]作为进行催化重整反应的重要单元，其结构形式直接影响着流体的流动、换热以及反应过程。固定床反应器结构形式简单，是应用的最广泛的一种重整反应器；镍基催化剂是最常见的一类催化剂，其催化活性堪比贵金属，但其成本较贵金属低，因此被广泛应用。

1.2选题的意义

目前液化天然气(LNG)^[5]作为发动机代用燃料正受到国内外的广泛关注。由于天然气的自着火的温度较高，需要提高发动机压缩比或进气温度^[6]，这容易导致发动机机敲缸和NOx排放增多。鉴于氢燃料特性，氢气在空气中可燃界限宽、稀薄燃烧极限可达0.068，且最小淬熄距离短，若以氢气作为添加剂掺混到LNG燃料中，扩大了其可燃界限。氢气的燃烧速度比天然气高，在天然气中掺入氢气可以提高缸内混合气的燃烧速度，从而使点火时刻更接近发动机上止点，减少压缩负功，提高燃烧定容度，则提高了发动机热效率。

有研究表明，LNG发动机在气门重叠区存在一定燃料泄漏^[7]问题，从而增加未燃碳氢的排放．如果结合废气重整再循环(REGR)技术^[8]，则不仅可以回收废气余热，有利于实现LNG发动机的实时掺氢燃烧，同时进行废气重整可以降低废气中的未燃碳氢排放，提高燃料利用率。