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。
接著,一氧化碳與水蒸氣發(fā)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(chǎn)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(yōu)化反應的進行,提高甲醇的轉(zhuǎn)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(fā)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(yōu)點,但反應過程中可能會產(chǎn)生一些副反應,如深度氧化反應,導致氫氣的選擇性降低。
因此需要選擇合適的催化劑和優(yōu)化反應條件來抑制副反應的發(fā)生。甲醇裂解制氫的反應方程式為CH_{3}OHrightleftharpoons CO + 2H_{2}),Delta H^{0}= + 90.7kJ/mol),同樣是吸熱反應。在高溫和催化劑的作用下,甲醇分子中的化學鍵斷裂,分解為一氧化碳和氫氣。
目前,我國甲醇產(chǎn)能世界前列,煤炭、天然氣等化石能源均可作為甲醇的生產(chǎn)原料,使得甲醇的供應充足且成本可控。而傳統(tǒng)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 。
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