全面分析甲醇制氫過程中存在的安全風(fēng)險,如甲醇的毒性、氫氣的易燃易爆性、高溫高壓反應(yīng)條件等帶來的風(fēng)險,并針對這些風(fēng)險提出了系統(tǒng)的安全管理措施和風(fēng)險防控策略。從設(shè)備安全設(shè)計(jì)、操作規(guī)程制定、人員培訓(xùn)、應(yīng)急救援預(yù)案等多個方面構(gòu)建安全管理體系,為甲醇制氫項(xiàng)目的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障,填補(bǔ)了該領(lǐng)域在安全管理方面研究的部分空白。
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。
在實(shí)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})。
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。
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。
當(dāng)氧醇比(氧氣與甲醇的物質(zhì)的量之比)控制在合適的范圍內(nèi)時,部分甲醇被氧化釋放出熱量,這些熱量可以為反應(yīng)體系提供能量,維持反應(yīng)的進(jìn)行,無需外部供熱。