例如,在研究某化工企業的甲醇制氫裝置時,詳細分析了其反應器的類型、催化劑的使用情況、原料的消耗以及氫氣的產量和純度等關鍵數據,從實際案例中總結經驗教訓,為甲醇制氫技術的優化提供實踐依據。
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的優化配置,實現能源的利用和可持續供應。例如,研究甲醇制氫與太陽能光伏發電的結合。
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,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生活化。甲醇分子在催化劑表面發生裂解,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,可以優化反應的進行,提高甲醇的轉化率和氫氣的選擇性。
同時,在催化劑的作用下,甲醇和氧氣在催化劑表面發生復雜的化學反應,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。
在實際應用中,甲醇裂解制氫常與其他反應過程相結合,形成聯合制氫工藝,以充分發揮其優勢,滿足不同場景下對氫氣的需求。與傳統制氫方式相比,甲醇制氫技術在儲存運輸、環保性、成本等方面展現出顯著優勢。在儲存運輸方面,氫氣是一種極難儲存和運輸的氣體,它具有低密度、高擴散性和易燃易爆等特性。
傳統的高壓氣態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。
目前,我國甲醇產能世界前列,煤炭、天然氣等化石能源均可作為甲醇的生產原料,使得甲醇的供應充足且成本可控。而傳統的水電解制氫,由于其耗電量,電價在制氫成本中占比高達 70% - 80%,導致制氫成本居高不下 。