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(shí)現(xiàn)能源的時空轉(zhuǎn)移和互補(bǔ)利用。內(nèi)容上,本文創(chuàng)新性地對甲醇制氫現(xiàn)場運(yùn)用中的安全管理與風(fēng)險防控進(jìn)行了深入研究。
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) ,這是一個吸熱反應(yīng) ,需要外界提供熱量來推動反應(yīng)的進(jìn)行。
該反應(yīng)相對簡單,但由于產(chǎn)物中一氧化碳含量較高,而一氧化碳會對后續(xù)的氫氣應(yīng)用,如燃料電池的使用產(chǎn)生不利影響,因此通常需要對產(chǎn)物進(jìn)行進(jìn)一步的處理,如通過一氧化碳變換反應(yīng)將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣,以提高氫氣的純度和質(zhì)量 。
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(yùn)輸成本高昂,且對儲存設(shè)備的絕熱性能要求。
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(yùn)輸。它可以利用現(xiàn)有的液體燃料儲存和運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施,如油罐車、管道等,大大降低了儲存和運(yùn)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(yùn)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(chǎn)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(chǎn)生氫氣和二氧化碳外,還會產(chǎn)生大量的一氧化碳、硫化氫、粉塵等污染物,對環(huán)境造成嚴(yán)重危害。
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