對(duì)比研究法也是本文的重要研究方法之一。將甲醇制氫技術(shù)與其他常見(jiàn)制氫技術(shù),如水電解制氫、天然氣重整制氫等進(jìn)行多方面對(duì)比。在成本對(duì)比中,綜合考慮原料成本、設(shè)備投資、運(yùn)行維護(hù)成本等因素,分析不同制氫技術(shù)在不同規(guī)模下的成本差異;在技術(shù)性能對(duì)比中,比較各種制氫技術(shù)的氫氣純度、制氫效率、反應(yīng)條件等關(guān)鍵指標(biāo)。
甲醇制氫主要通過(guò)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(lái)推動(dòng)反應(yīng)的進(jìn)行。
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,可以優(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。
因此需要選擇合適的催化劑和優(yōu)化反應(yīng)條件來(lái)抑制副反應(yīng)的發(fā)生。甲醇裂解制氫的反應(yīng)方程式為CH_{3}OHrightleftharpoons CO + 2H_{2}),Delta H^{0}= + 90.7kJ/mol),同樣是吸熱反應(yīng)。在高溫和催化劑的作用下,甲醇分子中的化學(xué)鍵斷裂,分解為一氧化碳和氫氣。
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。