氨裂解制氢加氢综合能源供应系统技术方案

本发明专利技术的实施例提供了一种氨裂解制氢加氢综合能源供应系统，涉及氨能源利用技术领域。氨裂解制氢加氢综合能源供应系统包括储氨罐、氨蒸发器、氨预热器、自热式氨裂解反应器、空气预热器、过热器、汽化器、燃料混合罐和联产单元；氨裂解制氢加氢综合能源供应系统基于氨这一氢载体和能量载体，通过科学合理耦合氨蒸发、氨裂解、氨分离、加氢、氨燃烧等工艺环节的电、热、冷流，可以实现氢、电、热、冷的多种能源形式的综合高效供应。形式的综合高效供应。形式的综合高效供应。

【技术实现步骤摘要】
氨裂解制氢加氢综合能源供应系统


[0001]本专利技术涉及氨能源利用
，具体而言，涉及一种氨裂解制氢加氢综合能源供应系统。

技术介绍

[0002]氢能由于可以应用于重工业、重载交通等难电气化领域的脱碳，以及可以助力大规模的风光等可再生能源消纳，其发展受到极大的关注，其中，通过加氢站给氢燃料车加氢是目前最主要的氢能源应用途径。对于氢能的发展，氢体积能量密度低、储运成本高是主要的瓶颈。
[0003]氨作为含氢质量分数最高的化合物之一(17％左右)，以其易储存运输 (氨在常压下低于约
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33℃或常温下高于约0.9MPa即可液化)、有成熟且廉价的储运体系(通过管道、火车、船舶、卡车运氨均有较大规模)、较高的体积能量密度(液氨的体积能量密度约为11.5MJ/L，与此相比，液氢的体积能量密度约为8.5MJ/L)和质量能量密度(氨的低位热值约为18.8MJ/kg，与此相比，汽油的质量能量密度约为43MJ/kg)，很有潜力作为突破氢能发展瓶颈的手段。
[0004]综合能源供应系统是加氢站的拓展延伸，可以根据终端需求提供电、气、热、冷等多种能源形式，实现能源供应的高效化、多样化，满足不同的能源需求。
[0005]综上，氨很有潜力成为未来主要的运氢载体和能力载体，而以氨为原料和能源的综合能源供应系统有潜力成为主要的综合能源供应形式之一。因此，迫切需要设计一种氨裂解制氢加氢综合能源供应系统，以基于氨这一氢载体和能量载体，通过科学合理耦合氨蒸发、氨裂解、氨分离、加氢、氨燃烧等工艺环节的电、热、冷流，实现氢、电、热、冷的多种能源形式的综合高效供应。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的包括提供一种氨裂解制氢加氢综合能源供应系统，其能够以氨为主要氢载体和能量载体，提供了一种全新的终端能源供应系统。
[0007]本专利技术的实施例可以这样实现：
[0008]本专利技术提供一种氨裂解制氢加氢综合能源供应系统，氨裂解制氢加氢综合能源供应系统包括储氨罐、氨蒸发器、氨预热器、自热式氨裂解反应器、空气预热器、过热器、汽化器、燃料混合罐和联产单元；
[0009]储氨罐用于储存液态氨，储氨罐的出口分别与氨蒸发器的入口和联产单元的燃料入口相连接；氨蒸发器的出口分别与氨预热器的冷流体入口和燃料混合罐的入口相连接；氨预热器的热流体入口与过热器的热流体出口相连接；氨预热器的热流体出口与汽化器的热流体入口相连接；汽化器的饱和蒸汽出口与过热器的饱和蒸汽入口相连接；过热器的过热蒸汽出口与联产单元的过热蒸汽入口相连接；
[0010]自热式氨裂解反应器的空气入口与空气预热器的冷流体出口相连接；自热式氨裂
解反应器的燃料入口与燃料混合罐的出口相连接；自热式氨裂解反应器的尾气出口与过热器的热流体入口相连接；
[0011]空气预热器的热流体入口与汽化器的热流体出口相连接；汽化器的冷凝水入口与联产单元的冷凝水出口相连接。
[0012]在可选的实施方式中，氨裂解制氢加氢综合能源供应系统还包括加氢机，氨蒸发器与加氢机通过换热工质进行热量交换，氨蒸发器吸收热量，加氢机释放热量；加氢机用于为氢燃料电池车或氢内燃机车提供加氢服务；加氢机运行所需电能由联产单元提供。
[0013]在可选的实施方式中，氨裂解制氢加氢综合能源供应系统还包括氨分离回收设备，自热式氨裂解反应器的原料入口与氨分离回收设备的氨出口相连接；自热式氨裂解反应器的产物出口与氨分离回收设备的入口相连接。
[0014]在可选的实施方式中，氨裂解制氢加氢综合能源供应系统还包括氢氮分离器，氨分离回收设备的氢氮出口与氢氮分离器的入口相连接；氢氮分离器的出口与燃料混合罐的入口连接；氨分离回收设备运行所需能量由联产单元提供。
[0015]在可选的实施方式中，氨分离回收设备为变压吸附解吸设备、变温吸附解吸设备、温度分离设备或膜分离设备。
[0016]在可选的实施方式中，氨裂解制氢加氢综合能源供应系统还包括储氢单元和压缩机，氢氮分离器的出口与压缩机的入口相连接；压缩机的出口与储氢单元的入口相连接；压缩机运行所需电能由联产单元提供；储氢单元的出口与加氢机的入口相连接。
[0017]在可选的实施方式中，储氢单元由额定储氢压力为25
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90MPa的储氢瓶组或储氢罐组成，加氢机的加注压力为35MPa或70Mpa。
[0018]在可选的实施方式中，燃料混合罐内为氢和氨的混合物、纯氢或纯氨；燃料混合罐额定压力为常压。
[0019]在可选的实施方式中，联产单元利用过热蒸汽生产电能、热能和冷能，联产单元为蒸汽轮机、发电机、多级换热器和吸收式制冷设备中至少一种。
[0020]在可选的实施方式中，联产单元利用氨燃料生产电能、热能和冷能，联产单元为往复式内燃机、燃气轮机、发电机、多级换热器、和吸收式制冷设备中至少一种。
[0021]本专利技术实施例提供的氨裂解制氢加氢综合能源供应系统的有益效果包括：
[0022]1.为未来以氨为主要氢载体和能量载体的场景提供了一种全新的终端能源供应系统实现方式；
[0023]2.该系统可以实现仅以氨为能量输入，不需要其他额外的能量输入；
[0024]3.该系统充分耦合氨蒸发、氨裂解、氨分离、加氢、氨燃烧等工艺环节的电、热、冷流，可以实现很高的系统能源效率，提升系统经济性；
[0025]4.该系统可以实现电、氢、热、冷多种能源形式的联合输出，提升能源供应多样性；
[0026]5.该系统可根据终端需要，灵活调整电、氢、热、冷不同能源形式输出的比例，可以实现很高的灵活性，提升能源系统可靠性。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对
范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0028]图1为本专利技术实施例提供的一种氨裂解制氢加氢综合能源供应系统的组成示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例提供的另一种氨裂解制氢加氢综合能源供应系统的组成示意图。
[0030]图标：100
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氨裂解制氢加氢综合能源供应系统；1
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储氨罐；2
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氨蒸发器； 3
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氨预热器；4
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燃料混合罐；5
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自热式氨裂解反应器；6
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空气预热器；7
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过热器；8
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汽化器；9
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联产单元；10
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氨分离回收设备；11
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氢氮分离器；12
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加氢机；13
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储氢单元；14
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压缩机；15
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蒸汽轮机；16
‑
往复式内燃机；17
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨裂解制氢加氢综合能源供应系统，其特征在于，所述氨裂解制氢加氢综合能源供应系统包括储氨罐(1)、氨蒸发器(2)、氨预热器(3)、自热式氨裂解反应器(5)、空气预热器(6)、过热器(7)、汽化器(8)、燃料混合罐(4)和联产单元(9)；所述储氨罐(1)用于储存液态氨，所述储氨罐(1)的出口分别与所述氨蒸发器(2)的入口和所述联产单元(9)的燃料入口相连接；所述氨蒸发器(2)的出口分别与所述氨预热器(3)的冷流体入口和所述燃料混合罐(4)的入口相连接；所述氨预热器(3)的热流体入口与所述过热器(7)的热流体出口相连接；所述氨预热器(3)的热流体出口与所述汽化器(8)的热流体入口相连接；所述汽化器(8)的饱和蒸汽出口与所述过热器(7)的饱和蒸汽入口相连接；所述过热器(7)的过热蒸汽出口与所述联产单元(9)的过热蒸汽入口相连接；所述自热式氨裂解反应器(5)的空气入口与所述空气预热器(6)的冷流体出口相连接；所述自热式氨裂解反应器(5)的燃料入口与所述燃料混合罐(4)的出口相连接；所述自热式氨裂解反应器(5)的尾气出口与所述过热器(7)的热流体入口相连接；所述空气预热器(6)的热流体入口与所述汽化器(8)的热流体出口相连接；所述汽化器(8)的冷凝水入口与所述联产单元(9)的冷凝水出口相连接。2.根据权利要求1所述的氨裂解制氢加氢综合能源供应系统，其特征在于，所述氨裂解制氢加氢综合能源供应系统还包括加氢机(12)，所述氨蒸发器(2)与所述加氢机(12)通过换热工质进行热量交换，所述氨蒸发器(2)吸收热量，所述加氢机(12)释放热量；所述加氢机(12)用于为氢燃料电池车或氢内燃机车提供加氢服务；所述加氢机(12)运行所需电能由所述联产单元(9)提供。3.根据权利要求2所述的氨裂解制氢加氢综合能源供应系统，其特征在于，所述氨裂解制氢加氢综合能源供应系统还包括氨分离回收设备(10)，所述自热式氨裂解反应器(5)的原料入口与所述氨分离回收设备(10)的氨出口相连接；所述自热式氨裂解反应器(5)的产物出口与所述氨分离回收...

【专利技术属性】
技术研发人员：任佳依，李妍，王球，王青山，张群，林瑞霄，徐华池，罗子萱，李林峰，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司经济技术研究院清华四川能源互联网研究院，
类型：发明
国别省市：