分析甲醇制氫與其他能源形式,如太陽能、風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,實現(xiàn)能源的利用和可持續(xù)供應。例如,研究甲醇制氫與太陽能光伏發(fā)電的結合。
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})。
接著,一氧化碳與水蒸氣發(fā)生水煤氣變換反應,(CO + H_{2}Orightleftharpoons CO_{2} + H_{2}),進一步生成氫氣,提高氫的產(chǎn)率。通過控制反應溫度、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)化反應的進行,提高甲醇的轉化率和氫氣的選擇性。
該反應相對簡單,但由于產(chǎn)物中一氧化碳含量較高,而一氧化碳會對后續(xù)的氫氣應用,如燃料電池的使用產(chǎn)生不利影響,因此通常需要對產(chǎn)物進行進一步的處理,如通過一氧化碳變換反應將一氧化碳轉化為二氧化碳和氫氣,以提高氫氣的純度和質量 。
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。
同時,甲醇的蒸汽壓較低,揮發(fā)性相對較小,安全性較高,減少了運輸過程中的安全隱患。環(huán)保性上,甲醇制氫過程相對清潔。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,在煤炭氣化過程中,除了產(chǎn)生氫氣和二氧化碳外,還會產(chǎn)生大量的一氧化碳、硫化氫、粉塵等污染物,對環(huán)境造成嚴重危害。