甲醇部分氧化制氫的反應方程式(CH_{3}OHfrac{1}{2}O_{2}rightleftharpoons 2H_{2} + CO_{2})(Delta H^{0}= - 155kJ/mol),該反應為放熱反應。在反應過程中,甲醇與適量的氧氣發生部分氧化反應,氧氣的加入量對反應的影響至關重要。
當氧醇比(氧氣與甲醇的物質的量之比)控制在合適的范圍內時,部分甲醇被氧化釋放出熱量,這些熱量可以為反應體系提供能量,維持反應的進行,無需外部供熱。
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。
而甲醇制氫過程中產生的二氧化碳相對純凈,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,如利用太陽能、風能電解水制氫,再將氫氣與二氧化碳合成甲醇,那么整個甲醇制氫過程可以實現近乎零碳排放,對環境的友好性顯著提高。
此外,甲醇制氫過程中不產生氮氧化物、硫化物等有害氣體,減少了對大氣環境的污染,有助于改善空氣質量。從成本角度分析,甲醇制氫具有一定的成本優勢。在原料成本方面,甲醇的生產技術成熟,來源廣泛,價格相對穩定。
在設備投資方面,甲醇制氫裝置的規模可根據實際需求靈活調整,從小型的分布式制氫裝置到大型的工業制氫工廠均可實現。對于中小規模的用氫需求,甲醇制氫設備的投資相對較低,建設周期短,能夠快速滿足用戶的需求。
同時,甲醇制氫裝置的運行維護成本也相對較低,其反應條件相對溫和,對設備的材質和耐高溫、高壓性能要求不像某些傳統制氫技術那么苛刻,降低了設備的維護難度和成本。甲醇制氫技術在儲存運輸、環保性和成本等方面的優勢,使其成為一種潛力的制氫技術,有望在未來的氫能產業發展中發揮重要作用。
例如,銅基催化劑的抗中毒能力較弱,對原料中的硫、氯等雜質較為敏感。當原料中含有微量的硫、氯時,這些雜質會吸附在催化劑的活性中心上,導致催化劑活性下降,甚至失活,從而影響甲醇制氫裝置的穩定運行 。即使在正常操作條件下,銅基催化劑的使用壽命也相對較短,一般為 1 - 3 年,這就需要頻繁更換催化劑,增加了生產成本和維護工作量。
甲醇是一種有毒、易燃的化學品,在儲存、運輸和使用過程中存在一定的安全風險。如果發生泄漏,甲醇可能會對人體造成中毒危害,同時也容易引發火災和爆炸事故。在甲醇制氫裝置的運行過程中,需要嚴格控制甲醇的泄漏,并采取有效的安全措施,如設置泄漏檢測報警裝置、配備消防設備等。