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(guò)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(guò)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(duì)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(shí),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(wú)需外部供熱。
同時(shí),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(dòng)速度快、能量利用等優(yōu)點(diǎn),但反應(yīng)過(guò)程中可能會(huì)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。
而甲醇制氫過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳相對(duì)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(yáng)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(gè)甲醇制氫過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)近乎零碳排放,對(duì)環(huán)境的友好性顯著提高。
此外,甲醇制氫過(guò)程中不產(chǎn)生氮氧化物、硫化物等有害氣體,減少了對(duì)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(shì)。在原料成本方面,甲醇的生產(chǎn)技術(shù)成熟,來(lái)源廣泛,價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定。