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(fēng)險防控進行了深入研究。
在實際反應(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})。
因此需要選擇合適的催化劑和優(yōu)化反應(yīng)條件來抑制副反應(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。
傳統(tǒng)的高壓氣態(tài)儲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)備和高壓儲存容器,而且存在較大的安全風(fēng)險 。液氫儲存雖然能量密度高,但需要將氫氣冷卻至 - 253℃的低溫,能耗,儲存和運輸成本高昂,且對儲存設(shè)備的絕熱性能要求。
而甲醇制氫過程中產(chǎn)生的二氧化碳相對純凈,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,那么整個甲醇制氫過程可以實現(xiàn)近乎零碳排放,對環(huán)境的友好性顯著提高。
此外,甲醇制氫過程中不產(chǎn)生氮氧化物、硫化物等有害氣體,減少了對大氣環(huán)境的污染,有助于改善空氣質(zhì)量。從成本角度分析,甲醇制氫具有一定的成本優(yōu)勢。在原料成本方面,甲醇的生產(chǎn)技術(shù)成熟,來源廣泛,價格相對穩(wěn)定。
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