在光伏發(fā)電過(guò)剩時(shí)，利用電能電解水制氫，再將氫氣轉(zhuǎn)化為甲醇儲(chǔ)存；在能源需求高峰或光伏發(fā)電不足時(shí)，通過(guò)甲醇制氫滿足能源需求，實(shí)現(xiàn)能源的時(shí)空轉(zhuǎn)移和互補(bǔ)利用。內(nèi)容上，本文創(chuàng)新性地對(duì)甲醇制氫現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用中的安全管理與風(fēng)險(xiǎn)防控進(jìn)行了深入研究。

在實(shí)際反應(yīng)過(guò)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(guò)裝填有催化劑的反應(yīng)器。常見(jiàn)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?cè)诖呋瘎┍砻姘l(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})。

接著，一氧化碳與水蒸氣發(fā)生水煤氣變換反應(yīng)，(CO + H_{2}Orightleftharpoons CO_{2} + H_{2})，進(jìn)一步生成氫氣，提高氫的產(chǎn)率。通過(guò)控制反應(yīng)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?xún)?yōu)化反應(yīng)的進(jìn)行，提高甲醇的轉(zhuǎn)化率和氫氣的選擇性。


甲醇部分氧化制氫的反應(yīng)方程式(CH_{3}OHfrac{1}{2}O_{2}rightleftharpoons 2H_{2} + CO_{2})(Delta H^{0}= - 155kJ/mol)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。在反應(yīng)過(guò)程中，甲醇與適量的氧氣發(fā)生部分氧化反應(yīng)，氧氣的加入量對(duì)反應(yīng)的影響至關(guān)重要。

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。

同時(shí)，在催化劑的作用下，甲醇和氧氣在催化劑表面發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，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(dòng)速度快、能量利用等優(yōu)點(diǎn)，但反應(yīng)過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生一些副反應(yīng)，如深度氧化反應(yīng)，導(dǎo)致氫氣的選擇性降低。

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。