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(tǒng)的優(yōu)化配置,實現(xiàn)能源的利用和可持續(xù)供應。例如,研究甲醇制氫與太陽能光伏發(fā)電的結(jié)合。
在光伏發(fā)電過剩時,利用電能電解水制氫,再將氫氣轉(zhuǎn)化為甲醇儲存;在能源需求高峰或光伏發(fā)電不足時,通過甲醇制氫滿足能源需求,實現(xiàn)能源的時空轉(zhuǎn)移和互補利用。內(nèi)容上,本文創(chuàng)新性地對甲醇制氫現(xiàn)場運用中的安全管理與風險防控進行了深入研究。
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(xiàn),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(fā)生活化。甲醇分子在催化劑表面發(fā)生裂解,生成一氧化碳和氫氣(rightleftharpoons CO + 2H_{2})。
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體系提供能量,維持反應的進行,無需外部供熱。
該反應相對簡單,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 。
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