在光伏發(fā)電過剩時，利用電能電解水制氫，再將氫氣轉化為甲醇儲存；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)能源的時空轉移和互補利用。內容上，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。


全面分析甲醇制氫過程中存在的安全風險，如甲醇的毒性、氫氣的易燃易爆性、高溫高壓反應條件等帶來的風險，并針對這些風險提出了系統(tǒng)的安全管理措施和風險防控策略。從設備安全設計、操作規(guī)程制定、人員培訓、應急救援預案等多個方面構建安全管理體系，為甲醇制氫項目的安全穩(wěn)定運行提供保障，填補了該領域在安全管理方面研究的部分空白。

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})。

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。

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(lián)合制氫工藝，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，滿足不同場景下對氫氣的需求。與傳統(tǒng)制氫方式相比，甲醇制氫技術在儲存運輸、環(huán)保性、成本等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。在儲存運輸方面，氫氣是一種極難儲存和運輸?shù)臍怏w，它具有低密度、高擴散性和易燃易爆等特性。


相比之下，甲醇在常溫常壓下為液體，其密度約為 0.79g/cm3 ，便于儲存和運輸。它可以利用現(xiàn)有的液體燃料儲存和運輸基礎設施，如油罐車、管道等，大大降低了儲存和運輸成本。

同時，甲醇的蒸汽壓較低，揮發(fā)性相對較小，安全性較高，減少了運輸過程中的安全隱患。環(huán)保性上，甲醇制氫過程相對清潔。以甲醇水蒸氣重整制氫為例，其主要產物為氫氣和二氧化碳，相較于傳統(tǒng)的化石燃料制氫方法，如煤炭氣化制氫，在煤炭氣化過程中，除了產生氫氣和二氧化碳外，還會產生大量的一氧化碳、硫化氫、粉塵等污染物，對環(huán)境造成嚴重危害。