國內(nèi)外甲醇制氫技術(shù)在研究和應(yīng)用方面都取得了長足的進(jìn)步,但仍面臨一些挑戰(zhàn),如進(jìn)一步降低成本、提高催化劑性能、完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等。未來,隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和完善,甲醇制氫技術(shù)有望在全球能源領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。
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(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn),這些反應(yīng)在特定的條件下進(jìn)行,各有其特的反應(yīng)機(jī)理和特點(diǎn)。甲醇水蒸氣重整制氫是目前應(yīng)用較為廣泛的一種方法,其反應(yīng)方程式為:(CH_{3}OH + H_{2}O rightleftharpoons 3H_{2} + CO_{2}),(Delta H^{0}= + 131kJ/mol) ,這是一個(gè)吸熱反應(yīng) ,需要外界提供熱量來推動(dòng)反應(yīng)的進(jìn)行。
在實(shí)際反應(yīng)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(yīng)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})。
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),氧氣的加入量對反應(yīng)的影響至關(guān)重要。
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。
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,且對儲(chǔ)存設(shè)備的絕熱性能要求。