國內(nèi)外甲醇制氫技術(shù)在研究和應(yīng)用方面都取得了長足的進(jìn)步,但仍面臨一些挑戰(zhàn),如進(jìn)一步降低成本、提高催化劑性能、完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等。未來,隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和完善,甲醇制氫技術(shù)有望在全球能源領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。
分析甲醇制氫與其他能源形式,如太陽能、風(fēng)能等可再生能源的耦合方式,以及如何通過能源系統(tǒng)的優(yōu)化配置,實(shí)現(xiàn)能源的利用和可持續(xù)供應(yīng)。例如,研究甲醇制氫與太陽能光伏發(fā)電的結(jié)合。
在光伏發(fā)電過剩時(shí),利用電能電解水制氫,再將氫氣轉(zhuǎn)化為甲醇儲(chǔ)存;在能源需求高峰或光伏發(fā)電不足時(shí),通過甲醇制氫滿足能源需求,實(shí)現(xiàn)能源的時(shí)空轉(zhuǎn)移和互補(bǔ)利用。內(nèi)容上,本文創(chuàng)新性地對甲醇制氫現(xiàn)場運(yùn)用中的安全管理與風(fēng)險(xiǎn)防控進(jìn)行了深入研究。
甲醇制氫主要通過甲醇水蒸氣重整、甲醇部分氧化以及甲醇裂解等化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn),這些反應(yīng)在特定的條件下進(jìn)行,各有其特的反應(yīng)機(jī)理和特點(diǎn)。甲醇水蒸氣重整制氫是目前應(yīng)用較為廣泛的一種方法,其反應(yīng)方程式為:(CH_{3}OH + H_{2}O rightleftharpoons 3H_{2} + CO_{2}),(Delta H^{0}= + 131kJ/mol) ,這是一個(gè)吸熱反應(yīng) ,需要外界提供熱量來推動(dòng)反應(yīng)的進(jìn)行。
接著,一氧化碳與水蒸氣發(fā)生水煤氣變換反應(yīng),(CO + H_{2}Orightleftharpoons CO_{2} + H_{2}),進(jìn)一步生成氫氣,提高氫的產(chǎn)率。通過控制反應(yīng)溫度、壓力以及原料的摩爾比((H_{2}O)與(CH_{3}OH\)摩爾比一般為 1.0 - 5.0 )等條件,可以優(yōu)化反應(yīng)的進(jìn)行,提高甲醇的轉(zhuǎn)化率和氫氣的選擇性。
該反應(yīng)相對簡單,但由于產(chǎn)物中一氧化碳含量較高,而一氧化碳會(huì)對后續(xù)的氫氣應(yīng)用,如燃料電池的使用產(chǎn)生不利影響,因此通常需要對產(chǎn)物進(jìn)行進(jìn)一步的處理,如通過一氧化碳變換反應(yīng)將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣,以提高氫氣的純度和質(zhì)量 。