國內外甲醇制氫技術在研究和應用方面都取得了長足的進步,但仍面臨一些挑戰(zhàn),如進一步降低成本、提高催化劑性能、完善基礎設施建設等。未來,隨著技術的不斷創(chuàng)新和完善,甲醇制氫技術有望在全球能源領域發(fā)揮更加重要的作用。
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反應實現(xiàn),這些反應在特定的條件下進行,各有其特的反應機理和特點。甲醇水蒸氣重整制氫是目前應用較為廣泛的一種方法,其反應方程式為:(CH_{3}OH + H_{2}O rightleftharpoons 3H_{2} + CO_{2}),(Delta H^{0}= + 131kJ/mol) ,這是一個吸熱反應 ,需要外界提供熱量來推動反應的進行。
在實際反應過程中,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})。
甲醇部分氧化制氫的反應方程式(CH_{3}OHfrac{1}{2}O_{2}rightleftharpoons 2H_{2} + CO_{2})(Delta H^{0}= - 155kJ/mol),該反應為放熱反應。在反應過程中,甲醇與適量的氧氣發(fā)生部分氧化反應,氧氣的加入量對反應的影響至關重要。
同時,在催化劑的作用下,甲醇和氧氣在催化劑表面發(fā)生復雜的化學反應,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,但反應過程中可能會產生一些副反應,如深度氧化反應,導致氫氣的選擇性降低。
傳統(tǒng)的高壓氣態(tài)儲氫需要將氫氣壓縮至的壓力(通常為 35MPa 或 70MPa),這不僅需要昂貴的壓縮設備和高壓儲存容器,而且存在較大的安全風險 。液氫儲存雖然能量密度高,但需要將氫氣冷卻至 - 253℃的低溫,能耗,儲存和運輸成本高昂,且對儲存設備的絕熱性能要求。