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(shí),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。
因此需要選擇合適的催化劑和優(yōu)化反應(yīng)條件來抑制副反應(yīng)的發(fā)生。甲醇裂解制氫的反應(yīng)方程式為CH_{3}OHrightleftharpoons CO + 2H_{2}),Delta H^{0}= + 90.7kJ/mol),同樣是吸熱反應(yīng)。在高溫和催化劑的作用下,甲醇分子中的化學(xué)鍵斷裂,分解為一氧化碳和氫氣。
在實(shí)際應(yīng)用中,甲醇裂解制氫常與其他反應(yīng)過程相結(jié)合,形成聯(lián)合制氫工藝,以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),滿足不同場(chǎng)景下對(duì)氫氣的需求。與傳統(tǒng)制氫方式相比,甲醇制氫技術(shù)在儲(chǔ)存運(yùn)輸、環(huán)保性、成本等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。在儲(chǔ)存運(yùn)輸方面,氫氣是一種極難儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)臍怏w,它具有低密度、高擴(kuò)散性和易燃易爆等特性。
傳統(tǒng)的高壓氣態(tài)儲(chǔ)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(shè)備和高壓儲(chǔ)存容器,而且存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn) 。液氫儲(chǔ)存雖然能量密度高,但需要將氫氣冷卻至 - 253℃的低溫,能耗,儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本高昂,且對(duì)儲(chǔ)存設(shè)備的絕熱性能要求。
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)輸過程中的安全隱患。環(huán)保性上,甲醇制氫過程相對(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,來源廣泛,價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定。
例如,銅基催化劑的抗中毒能力較弱,對(duì)原料中的硫、氯等雜質(zhì)較為敏感。當(dāng)原料中含有微量的硫、氯時(shí),這些雜質(zhì)會(huì)吸附在催化劑的活性中心上,導(dǎo)致催化劑活性下降,甚至失活,從而影響甲醇制氫裝置的穩(wěn)定運(yùn)行 。即使在正常操作條件下,銅基催化劑的使用壽命也相對(duì)較短,一般為 1 - 3 年,這就需要頻繁更換催化劑,增加了生產(chǎn)成本和維護(hù)工作量。
能量效率是甲醇制氫技術(shù)面臨的另一大挑戰(zhàn)。甲醇水蒸氣重整制氫是吸熱反應(yīng),需要外界提供大量的熱量來維持反應(yīng)的進(jìn)行。在傳統(tǒng)的甲醇制氫工藝中,通常采用燃燒化石燃料來提供熱量,這不僅增加了能源消耗和生產(chǎn)成本,還會(huì)產(chǎn)生一定量的二氧化碳排放,降低了整個(gè)制氫過程的能源效率和環(huán)境友好性 。
甲醇是一種有毒、易燃的化學(xué)品,在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過程中存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。如果發(fā)生泄漏,甲醇可能會(huì)對(duì)人體造成中毒危害,同時(shí)也容易引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故。在甲醇制氫裝置的運(yùn)行過程中,需要嚴(yán)格控制甲醇的泄漏,并采取有效的安全措施,如設(shè)置泄漏檢測(cè)報(bào)警裝置、配備消防設(shè)備等。