分析甲醇制氫與其他能源形式,如太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源的耦合方式,以及如何通過(guò)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(yáng)能光伏發(fā)電的結(jié)合。
在實(shí)際反應(yīng)過(guò)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(guò)裝填有催化劑的反應(yīng)器。常見(jiàn)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?cè)诖呋瘎┍砻姘l(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})。
甲醇部分氧化制氫的反應(yīng)方程式(CH_{3}OHfrac{1}{2}O_{2}rightleftharpoons 2H_{2} + CO_{2})(Delta H^{0}= - 155kJ/mol),該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。在反應(yīng)過(guò)程中,甲醇與適量的氧氣發(fā)生部分氧化反應(yīng),氧氣的加入量對(duì)反應(yīng)的影響至關(guān)重要。
相比之下,甲醇在常溫常壓下為液體,其密度約為 0.79g/cm3 ,便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。它可以利用現(xiàn)有的液體燃料儲(chǔ)存和運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施,如油罐車、管道等,大大降低了儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本。
同時(shí),甲醇的蒸汽壓較低,揮發(fā)性相對(duì)較小,安全性較高,減少了運(yùn)輸過(guò)程中的安全隱患。環(huán)保性上,甲醇制氫過(guò)程相對(duì)清潔。以甲醇水蒸氣重整制氫為例,其主要產(chǎn)物為氫氣和二氧化碳,相較于傳統(tǒng)的化石燃料制氫方法,如煤炭氣化制氫,在煤炭氣化過(guò)程中,除了產(chǎn)生氫氣和二氧化碳外,還會(huì)產(chǎn)生大量的一氧化碳、硫化氫、粉塵等污染物,對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。
此外,甲醇制氫過(guò)程中不產(chǎn)生氮氧化物、硫化物等有害氣體,減少了對(duì)大氣環(huán)境的污染,有助于改善空氣質(zhì)量。從成本角度分析,甲醇制氫具有一定的成本優(yōu)勢(shì)。在原料成本方面,甲醇的生產(chǎn)技術(shù)成熟,來(lái)源廣泛,價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定。