一、甲醇制氢的原理

甲醇制氢的原理是基于甲醇与水蒸气在催化剂作用下的化学反应，该反应会生成氢气和二氧化碳。这是一个涉及多组分、多反应的气固催化反应系统，主要包括甲醇裂解和一氧化碳变换两个反应。具体反应方程式如下：甲醇裂解反应产生一氧化碳和氢气（CH₃OH → CO + 2H₂），一氧化碳变换反应则产生二氧化碳和氢气（CO + H₂O → CO₂ + H₂）。总反应为甲醇和水反应生成二氧化碳和氢气（CH₃OH + H₂O → CO₂ + 3H₂）。这是一个吸热过程，需要在特定的温度和压力条件下进行。

二、甲醇制氢的工艺流程

甲醇制氢的工艺流程主要包括原料准备、加热汽化、催化反应、产物分离、二氧化碳回收、氢气提纯和产品收集等步骤。具体流程如下：

原料准备：将甲醇和脱盐水按一定比例混合，作为反应的原料。

加热汽化：将混合后的原料送入气化过热器，进行加热汽化，使其达到反应所需的温度和压力。

催化反应：汽化后的甲醇和水蒸气进入转化反应器，在催化剂的作用下发生甲醇裂解和一氧化碳变换反应，生成氢气和二氧化碳的混合气体。

产物分离：将转化气通过换热器、冷却器和冷凝器进行冷却和冷凝，使甲醇和水冷凝下来，然后进入水洗吸收塔，用脱盐水吸收未冷凝的甲醇。这部分甲醇被回收并重新作为原料进入加热汽化装置。

二氧化碳回收：将水洗吸收塔塔顶排出的气体送入二氧化碳回收装置，采用变压吸附物理方法或化学吸收法捕集二氧化碳。变压吸附法回收的二氧化碳浓度约为90%，化学吸收法再生后的二氧化碳浓度可达98%左右。

氢气提纯：经过二氧化碳捕集后的转化气中氢气含量已达到90%以上，再通过变压吸附的方式获得不同纯度的氢气。

产品收集：将净化后的氢气收集起来，用于各种需要氢气的场合。

三、甲醇制氢的技术特点

甲醇制氢技术具有以下特点：

甲醇转化率高：单次转化率超过95%，催化剂使用量少，降低了生产成本。

甲醇消耗低：在常规工艺下，每立方米氢气消耗甲醇约0.54千克；在低消耗工艺下，甲醇消耗可进一步降低至每立方米氢气0.5千克。

操作方便：反应条件温和，过程控制简单，便于工业化操作。

产能灵活：制氢规模可在10~10000立方米/小时内灵活调整。

环保节能：甲醇制氢过程中产生的二氧化碳可以回收利用，减少了温室气体的排放。

四、甲醇制氢的应用

甲醇制氢技术因其高效、环保、节能等优点，在化工、能源、交通等领域得到了广泛应用。例如，在加氢站中，甲醇制氢技术可以实现现场制氢、现制现用，降低了氢气的储存和运输成本。此外，该技术还可以应用于燃料电池汽车的车载制氢系统，为燃料电池提供动力支持。