對比研究法也是本文的重要研究方法之一。將甲醇制氫技術(shù)與其他常見制氫技術(shù),如水電解制氫、天然氣重整制氫等進(jìn)行多方面對比。在成本對比中,綜合考慮原料成本、設(shè)備投資、運(yùn)行維護(hù)成本等因素,分析不同制氫技術(shù)在不同規(guī)模下的成本差異;在技術(shù)性能對比中,比較各種制氫技術(shù)的氫氣純度、制氫效率、反應(yīng)條件等關(guān)鍵指標(biāo)。
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。
在實(shí)際反應(yīng)過程中,甲醇與水蒸氣的混合氣體在一定的溫度(通常為 200 - 300℃)壓力(1 - 5MPa)條件下,通過裝填有催化劑的反應(yīng)器。常見的催化劑有銅基催化劑,其活性中心能夠吸附甲醇和水蒸氣分子,使它們在催化劑表面發(fā)生活化。甲醇分子在催化劑表面發(fā)生裂解,生成一氧化碳和氫氣(rightleftharpoons CO + 2H_{2})。
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。
當(dāng)氧醇比(氧氣與甲醇的物質(zhì)的量之比)控制在合適的范圍內(nèi)時,部分甲醇被氧化釋放出熱量,這些熱量可以為反應(yīng)體系提供能量,維持反應(yīng)的進(jìn)行,無需外部供熱。
同時,在催化劑的作用下,甲醇和氧氣在催化劑表面發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),生成氫氣和二氧化碳。與甲醇水蒸氣重整制氫相比,甲醇部分氧化制氫具有啟動速度快、能量利用等優(yōu)點(diǎn),但反應(yīng)過程中可能會產(chǎn)生一些副反應(yīng),如深度氧化反應(yīng),導(dǎo)致氫氣的選擇性降低。