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})。
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,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速度快、能量利用等優(yōu)點,但反應(yīng)過程中可能會產(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。
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。
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(chǔ)設(shè)施,如油罐車、管道等,大大降低了儲存和運輸成本。
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。
所屬分類:特殊/專業(yè)能源/燃料/節(jié)能燃料
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