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。
全面分析甲醇制氫過程中存在的安全風(fēng)險,如甲醇的毒性、氫氣的易燃易爆性、高溫高壓反應(yīng)條件等帶來的風(fēng)險,并針對這些風(fēng)險提出了系統(tǒng)的安全管理措施和風(fēng)險防控策略。從設(shè)備安全設(shè)計、操作規(guī)程制定、人員培訓(xùn)、應(yīng)急救援預(yù)案等多個方面構(gòu)建安全管理體系,為甲醇制氫項目的安全穩(wěn)定運行提供保障,填補了該領(lǐng)域在安全管理方面研究的部分空白。
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(xué)反應(yīng)實現(xiàn),這些反應(yīng)在特定的條件下進行,各有其特的反應(yīng)機理和特點。甲醇水蒸氣重整制氫是目前應(yīng)用較為廣泛的一種方法,其反應(yīng)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(yīng) ,需要外界提供熱量來推動反應(yīng)的進行。
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)的進行,提高甲醇的轉(zhuǎn)化率和氫氣的選擇性。
當氧醇比(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)的進行,無需外部供熱。
該反應(yīng)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(yīng)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(yīng)將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣,以提高氫氣的純度和質(zhì)量 。