甲烷重整制氢（SMR）是工业制氢的核心工艺，其基本原理为甲烷与水蒸气在高温条件下发生催化转化反应，生成以氢气为主并伴随一氧化碳和二氧化碳的混合气体。该过程的能量效率通常定义为产出氢气的热值与输入甲烷及辅助能源（如供热燃料、电力等）总能量的比值。其效率表现受多重关键参数调控：首先，反应温度与压力条件直接影响反应动力学平衡，高温虽促进甲烷转化但增加能耗；其次，催化剂的活性与选择性决定了反应速率与副产物生成量；此外，原料气中甲烷纯度及水碳比优化对抑制积碳失活、提升氢产率具有显著影响。

一、甲烷蒸汽重整制氢的基本原理

甲烷蒸汽重整制氢的反应是一个强吸热反应，通常需要在高温（800℃）以上和催化剂（如镍基催化剂）的存在下进行。反应过程会产生大量的热量，通常需要外部供热来维持反应温度。

二、传统SMR效率

典型效率为70%~85%（基于地位热值）

产出：氢气所含能量（热值）

输入：甲烷的化学能+外部能源（如加热反应的燃料或电力）

全流程效率（含后续步骤）若包含水气变换反应和氢气提纯，整体效率可能降至60%~65%，因额外步骤消耗能量。

三、影响能量效率的主要因素

反应温度：高温有助于提高甲烷的转化率，但过高的温度会增加能耗和设备成本，通常反应温度在700~800℃之间。

压力：适当的压力可以提高反应速率和转化率。

催化剂：催化剂的选择和使用条件对反应效率和产物分布有着重要影响。镍基催化剂因其价格相对便宜且效果较好而被广泛使用。

原料气的纯度：原料气的纯度直接影响反应的进行和产物的纯度，高纯度的原料气可以提高能量效率‌。

四、对比其他制氢技术

电解水制氢：效率约为50%~80%（依赖电力来源，可再生能源电解效率较低但零碳）。

甲烷热解：无CO2排放，效率约为60%~75%，但技术尚未成熟。

甲烷重整制氢的能量效率在 70%~85%（LHV），是当前工业主流的高效手段，但需权衡碳排放问题。未来技术改进（如绿色氢气耦合CCS、新型反应器）可能进一步提升效率并减少环境影响。