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(wú)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(lái)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(guò)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。
而甲醇制氫過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳相對(duì)純凈,更易于捕集和利用。如果采用可再生能源合成的甲醇作為原料,如利用太陽(yáng)能、風(fēng)能電解水制氫,再將氫氣與二氧化碳合成甲醇,那么整個(gè)甲醇制氫過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)近乎零碳排放,對(duì)環(huán)境的友好性顯著提高。
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。
同時(shí),甲醇制氫裝置的運(yùn)行維護(hù)成本也相對(duì)較低,其反應(yīng)條件相對(duì)溫和,對(duì)設(shè)備的材質(zhì)和耐高溫、高壓性能要求不像某些傳統(tǒng)制氫技術(shù)那么苛刻,降低了設(shè)備的維護(hù)難度和成本。甲醇制氫技術(shù)在儲(chǔ)存運(yùn)輸、環(huán)保性和成本等方面的優(yōu)勢(shì),使其成為一種潛力的制氫技術(shù),有望在未來(lái)的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。
盡管甲醇制氫技術(shù)具備諸多優(yōu)勢(shì),但在實(shí)際應(yīng)用中,仍面臨著催化劑性能、能量效率以及安全環(huán)保等方面的挑戰(zhàn)。在催化劑性能方面,目前廣泛使用的銅基催化劑雖然在甲醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)中表現(xiàn)出較好的活性和選擇性,但仍存在一些問題。
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(guò)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(guò)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。