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甲醇和水液相制氫新技術(shù)
2017-04-141290
近日，針對甲醇和水液相制氫反應(yīng)的特點(diǎn)，采用鉑-碳化鉬雙功能催化劑實(shí)現(xiàn)對水和甲醇的高效活化，在低溫下(150-190℃)獲得了極高的產(chǎn)氫效率。此催化體系有望作為下一代高效儲放氫新體系得到應(yīng)用。
針對氫氣的儲存問題，一種可能的解決方案是將氫氣存儲于液體甲醇中，通過水和甲醇的液相重整反應(yīng)原位產(chǎn)氫供燃料電池使用，在釋放出甲醇中存儲氫氣的同時(shí)也活化等摩爾的水而釋放出額外的氫氣。
目前常用的制氫方法
水電解制氫：水電解制氫是目前應(yīng)用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過程是氫與氧燃燒生成水的逆過程，因此只要提供一定形式的能量，則可使水分解。提供電能使水分解制得氫氣的效率一般在75～85％，其工藝過程簡單，無污染，但消耗電量大，因此其應(yīng)用受到一定限制。一般每立方米氫氣電耗為4.5～5.5KWh左右，電能可由各種一次能源提供，其中包括礦物燃料、核能、太陽能、水能、風(fēng)能及海洋能等等。核能、水能和海洋能其資源豐富，能長期利用，目前還處于開發(fā)階段。
天然氣轉(zhuǎn)化制氫：該法是在有催化劑存在下，通過天然氣過濾裝置制得氫氣。反應(yīng)在800～820℃下進(jìn)行。用該法制得的氣體組成中，氫氣體積含量可達(dá)74％。大多數(shù)大型合成氨合成甲醇工廠均采用天然氣為原料，催化水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫的工藝。我國在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量有成效的研究工作、并建有大批工業(yè)生產(chǎn)裝置。我國曾開發(fā)采用間歇式天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝，制取小型合成氨廠的原料，這種方法不必采用高溫合金轉(zhuǎn)化爐，裝置投資成本低。其生產(chǎn)成本主要取決于原料來源，我國天然氣分布不均，采用該方法受到限制。
汽油重整制氫：利用汽油重整制氫，可以使用現(xiàn)有的完善基礎(chǔ)設(shè)施。汽油含有不同類型的碳?xì)浠衔铮ㄍ闊N類、環(huán)烷烴、烯烴和芳烴，而且汽油還含有許多硫化合物以及少量添加劑，有時(shí)甚至含有氧化劑和乙醇。在不考慮芳香族化合物時(shí)，汽油的碳?xì)涑煞菥哂邢嗨频闹卣阅?，氧化添加劑有助于改善重整反?yīng)。
生物質(zhì)氣化制氫：將生物質(zhì)原料如薪柴、鋸未、麥秸、稻草等壓制成型，使用在氣化爐中進(jìn)行氣化或裂解反應(yīng)可制得含氫燃料氣。我國在生物質(zhì)氣化技術(shù)領(lǐng)域的研究已取得一定成果，中科院廣州能源所多年來進(jìn)行生物質(zhì)氣化的研究，其氣化產(chǎn)物中H2約占10％左右，熱值達(dá)11MJ／m3，可作為農(nóng)村燃料，但氫含量仍較低。在國外，由于轉(zhuǎn)化技術(shù)的提高，生物質(zhì)氣化已能大規(guī)模生產(chǎn)水煤氣，其H2含量大大提高。
制氫工藝的比較：從各種制氫方式可知，在技術(shù)上看甲醇自熱式制氫、汽油重整制氫和生物制氫目前不具備工業(yè)化條件；從生產(chǎn)成本上看，水電解制氫沒有明顯優(yōu)勢；從裂解氣成分上看，甲醇分解制氫不適合于燃料電池。
水煤氣制氫裝置需要巨大的設(shè)備投資，裝置占地面積大，環(huán)境污染相對較大，不適合建在城市。如采用水煤氣制氫必須使用管道輸送，這將是一個(gè)巨大的工程，因此在氫燃料電池汽車發(fā)展的前期不會采用水煤氣制氫。
天然氣轉(zhuǎn)化制氫的優(yōu)點(diǎn)在于裝置占地小，設(shè)備投資少，由于天然氣分布不均，使得裝置有很大局限性。如采用天然氣轉(zhuǎn)化制氫，需要專用的天然氣輸送管道，天然氣輸送較麻煩。
甲醇水蒸汽重整制氫是技術(shù)成熟的工業(yè)化裝置，占地面積小，操作安全可靠，無污染。甲醇可以利用煤碳合成，便于儲存、容易運(yùn)輸，是氫燃料電池汽車氫源的理想選擇。而馬丁等通過鉑-碳化鉬雙功能催化劑甲醇和水液相制氫為制氫技術(shù)提供了一個(gè)新思路。
德國萊布尼茨催化所所長、科學(xué)家馬蒂亞斯·貝勒評價(jià)，此項(xiàng)研究是在氫氣的存儲和輸送領(lǐng)域的一個(gè)“重大突破”，此類催化劑還有望在其他水相重整制氫過程，如生活廢水、乙醇等原料的催化產(chǎn)氫中發(fā)揮優(yōu)勢作用。
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