合成甲醇的原理
甲醇合成之反应式如下：
主反应
提高压力降低温度有利于主反应的进行而产生甲醇，早期的合成法为了防止设备之腐蚀，于反应之前先将二氧化碳移除，后来发现二氧化碳也可以作为原料，因而不需将二氧化碳先行去除。
合成甲醇之关键在于压力，过去均采用高压法，压力在300大气压以上，1966年开发出低压法，压力约50大气压；之后又有中压法被开发出来，其压力约200大气压。
压力(atm) 温度(℃) 触媒
高压法 300~600 320~380 铬锌触媒
中压法 105~300 225~270 含铜锌铬铝触媒
低压法 40~60 200~300 含铜锌触媒
高压法转化率较高，但是为了达到高压需要用往复压缩机消耗较多的能量，低压法可以使用离心式压缩机，消耗能量较少，经济规模较小，且可以使用含氢气量较高的合成气，中压法也可以使用离心式压缩机，不需像低压法还要另加二氧化碳且改良低压法设备庞大之缺点。
合成塔为直立型管壳式，管中填充触媒，管外以沸水冷却；也可以是填充塔式，如此可以于塔测多处通入冷原料以控制反应温度。压缩后的原料气和循环之未反应气体混合，经与反应生成气体进行热交换后，进入合成塔通过触媒床进行反应，反应生成气体经过热交换冷却后，甲醇冷凝，经分离器分离出甲醇，气体再循环与原料气混合。
如此冷凝合成出之粗甲醇中含有杂质，通常低压法合成所得到的甲醇杂质含量及种类比高压法所得的少，粗甲醇中的杂质除了水分以外可以分为三大类，即低沸点化合物，乙醇，高沸点化合物。粗甲醇进一步之精致步骤及操作与设计因合成法及成品规格而不同。若成品纯度要求较低时，可以采用单塔蒸馏方式。当纯度要求较高时，可采用双塔式蒸馏。当成品纯度要求更高时，采用三塔式蒸馏较适用。于双塔式蒸馏法中，二甲迷等低沸物杂质由第一塔塔顶排出，高级醇类高沸物由第二塔塔底排出，塔顶则得到高纯度甲醇。
主流的工业制氢方案选择
（1）煤制氢工艺流程复杂，环保问题也突出，目前中小型的煤制氢已经不再审批。
（2）富氢气体提纯制氢主要依托上游主装置，依赖性较强。
（3）在制氢领域，目前主要的是水电解制氢、甲醇制氢、天然气制氢，我们分别作详细介绍：
3、主流的工业制氢方案介绍对比
（1）电解水制氢
原理是电解液（一般是含有30%左右氢
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氧化钾（KOH）的溶液），在接通直流电后，水分解为氢气和氧气。
该方法技术成熟、设备简单、运行可靠、管理方便、不产生污染、可制得氢气纯度高、杂质含量少，适用于各种应用场合，唯一缺点是耗能大，制氢成本高；目前商品化的水电解制氢装置的操作压力为0.8~3.0MPa，操作温度为80~90℃，制氢纯度可达99.7%，制氧纯度达99.5%。
（2）甲醇制氢
原理是甲醇和水反应生成氢气和二氧化碳的合成气，再经过PSA提纯，得到高纯度的氢气。
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该方法原料为甲醇和脱盐水，原料来源方便，在220～280℃下，专用催化剂上催化转化为组成为主要含氢和二氧化碳转化气；甲醇的单程转化率可达95%以上，氢气的选择性高于99.5%，再利用变压吸附技术，可得到纯度为99.999%的氢气，一氧化碳的含量低于1ppm。
（3）天然气制氢
原理是天然气和水反应生成氢气和二氧化碳的合成气，再经过PSA提纯，得到高纯度的氢气。
该方法原料来源方便，不需要设置原料储罐，单系列能力较大, 原料费用较低。反应温度在600-800℃，制氢过程需吸
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收大量的热，高温高压必然对设备的要求也比较高因此该装置投资高。转化气经过变压吸附，可得到纯度为99.999%的氢气，
4、主流的工业制氢方案选择
4.1 小型制氢采用电解水方法
（1）多年来，水电解制氢技术自开发以来一直进展不大，其主要原因是需要耗用大量的电能，电价的昂贵，用水电解制氢都不经济。
（2）电解水制氢，规模一般小于200 Nm3/h，是较成熟的制氢方法,由于它的电耗较高，达到5～8 kwh/Nm3 H2，其单位氢气成本较高。
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4.2中小型制氢采用甲醇制氢
（1）甲醇蒸汽重整制氢与大规模的天然气制氢或水电解制氢相比，投资省，能耗低。由于反应温度低（230℃～280℃），工艺简单。与同等规模的天然气制氢装置相比，甲醇蒸汽转化制氢的投资较低。
（2）甲醇蒸汽重整制氢所用的原料甲醇易得，运输，储存方便。而且由于所用的原料甲醇纯度高，不需要再进行净化处理，反应条件温和，流程简单，故易于操作。
4.3 中大型制氢采用天然气制氢
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（1）天然气既是原料气也是燃料气，无需运输和储存，氢能耗低，消耗低，氢气成本最低。
（2）天然气制氢投资较高，适合大规模工业化生产。
5、总结和建议
（1）天然气制氢工艺的优点是原料价格低廉，来源方便，运行成本低，制氢规模较大时优势明显。缺点是投资规模大，工艺复杂，操作难度大，从长远看，天然气价格有上升趋势，运行费用将来会逐渐增加，日后的运行成本相对于甲醇制氢并无优势。
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（2）甲醇制氢工艺的优点是原料价格相对低廉，投资规模小，运行成本低，装置简单，开车后受外界影响小，开停车方便，工艺简单。缺点是按目前的原料价格计算，
直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预先重整。甲醇在阳极转换成二氧化碳，质子和电子，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，质子透过质子交换膜在阴极与氧反应，电子通过外电路到达阴极，并做功。
碱性条件 总反应式：2CH4O + 3O2 + 4OH-= 2CO32- + 6H2O
正极：O2 + 4e（-）+ 2H20 → 4OH（-）
负极：CH4O - 6e（-） + 8OH（-） → CO3（2-） + 6H2O
酸性条件 2CH4O +3O2→2CO2+4H2O
正极：O2 + 4e（-） + 4H（+） → 2H2O
负极：CH4O - 6e（-） + H2O → 6H（+） + CO2
在直接甲醇燃料电池的工作过程中，一定浓度的甲醇溶液从电池的阳极流场结构中通过，在液体的流动过程中，甲醇溶液经过阳极扩散层，至阳极催化层处被氧化。透过质子交换膜，作为反应产物的质子得以迁移到阴极一侧，电子则通过外电路由阳极向阴极传递，并在此过程中对外做功。同时，在阳极 MEA 中电解质的作用下，CO2气体以气泡的形式在阳极流场内随甲醇溶液排出。在电池的阴极一侧，阴极集流板流场结构均匀分配后的空气或氧气扩散进入阴极催化层，被来自阳极的质子电化学还原，生成的水蒸气或液态形式的水与反应尾气一起离开电池的阴极流场。
这种电池的期望工作温度为120℃以下，比标准的质子交换膜燃料电池略高，其效率大约是40%左右。
直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预先重整。甲醇在阳极转换成二氧化碳和氢，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，氢然后再与氧反应。
甲醇的生产，主要是合成法，尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成的化学反应式为：
H2 + CO → CH3OH
合成甲醇可以固体（如煤、焦炭）液体（如原油、重油、轻油）或气体（如天然气及其他可燃性气体）为原料，经造气净化（脱硫）变换，除去二氧化碳，配制成一定的合成气（一氧化碳和氢）。在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件。单产甲醇（分高压法低压和中压法），或与合成氨联产甲醇（联醇法）。将合成后的粗甲醇，经预精馏脱除甲醚，精馏而得成品甲醇。
（2）①根据化学平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，表达式为：
| c(CH3OH) |
| c(CO)?c2(H2)； |
| c(CH3OH) |
| c(CO)?c2(H2)； |
②在500℃，反应2S达到平衡，密闭的容器容积为2L，生成CH3OH的物质的量为0.4mol，v（CH3OH）=0.4mol/（2S?2L）=0.1mol?L-1?s-1；根据速率之比等于系数比，则氢气的平均反应速率v（H2）=2v（CH3OH）=0.2mol?L-1?s-1．故答案为：0.2mol?L-1?s-1
③其他条件不变时，将处于Z点的体系体积压缩到原来的一半，容器的体积减小，则压强增大，正逆反应速率都增大，平衡向正向移动，甲醇的物质的量n（CH3OH）增多，氢气的物质的量n（H2）减小，但由于体积减小的程度大，故平衡时氢气的浓度反而增大（符合勒夏特列原理），重新平衡时n（H2）/n（CH3OH）减小；
故选：b、c；
④根据平衡移动的原理，二氧化有利于抑制反应 Cu2O+CO
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故答案为：Cu2O+CO
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制氢技术有：
1.煤制氢
这是当前成本最低的制氢方式，我国实现大规模制氢的首选技术。我国当前的氢气源生产结构仍以煤为主。根据中国煤炭工业协会公开数据显示，2020年中国氢气产量超过2500万吨，其中煤制氢所产氢气占62%、天然气制氢占19%，工业副产气制氢占18%，电解水制氢仅占1%左右。在中国，煤气化制氢适用于大规模制氢，由于原材料煤炭资源丰富，价格较为低廉，已经具备了一定的经济性优势和规模效益。
2.天然气制氢
全球氢气主要来源为天然气，天然气制氢发展潜力大。天然气制氢是北美、中东等地区普遍采用的制氢路线。工业上由天然气制氢的技术主要有蒸汽转化法、部分氧化法以及天然气催化裂解制氢。天然气制氢发展潜力大，但目前存在资源约束和成本较高的问题。
3.石油制氢
多应用在石化行业，石油制氢原料通常不直接用石油制氢，而用石油初步裂解后的产品，如石脑油、重油、石油焦以及炼厂干气制氢。采用炼油副产品石脑油、重质油、石油焦和炼厂干气制氢，在制氢成本上并不具有优势。如果将这些原料用于炼油深加工可以发挥更大的经济效益，因此，不建议将炼油副产品制氢作为炼油厂制氢的发展方向，而应该考虑可再生能源制得的氢气。
4.甲醇制氢
甲醇制氢装置规模灵活，但稳定性、可靠性差。绿色甲醇能量密度高，是理想的液体能源储运方式。利用可再生能源发电制取绿氢，再和二氧化碳结合生成方便储运的绿色甲醇，是通向零碳排放的重要路径。
制氢技术的特点：
1.天然气制氢：虽然适用范围广，但是原料利用率低，工艺复杂，操作难度高，并且生成物中的二氧化碳等温室气体使之环保性降低。
2.工业尾气制氢：利用工业产品副产物，成本较低。但是以焦炉气制氢为例，不仅受制于原料的供应，建设地点需依靠焦化企业，而且原料具有污染性。
3.电解水制氢：产品纯度高、无污染，但是高成本了限制其推广。
4.光解水与生物质制氢：技术尚未成熟，实现商业化还需一定的时间。
可替代汽柴油，用于各种机动车，锅灶炉使用。生产甲醇的原料主要是煤，天然气，煤层气，焦炉气等，特别是利用高硫劣质煤和焦炉气生产甲醇，既可提高资源综合利用又可减少环境污染。发展煤制甲醇燃料，补充和部分替代石油燃料，是缓解我国能源紧张局势，提高资源综合利用。
