一种氨分解制氢系统及制氢方法技术方案

本发明专利技术公开了一种氨分解反应制氢系统及制氢方法，系统包括储氨装置、换热装置、氨分解反应装置、第一压缩装置和第一吸附装置，储氨装置通过换热装置上的冷液通道与氨分解反应装置的气体入口连通，氨分解反应装置的气体出口通过换热装置上的气体通道，并借助第一压缩装置与第一吸附装置连通；第一吸附装置包括多个并联设置的吸附柱，第一压缩装置同时与多个吸附柱的入口连通，每个吸附柱的吸附入口与第一压缩装置之间设置有控制阀门，多个吸附柱的吸附出口之间彼此连通，相邻两个所述吸附柱的吸附出口之间设置有控制阀门，每个吸附柱的吸附入口与氨分解反应装置连通。该系统实现了吸附柱脱附后尾气的循环利用，减少了氨气和氮氧化物对环境的破坏。化物对环境的破坏。化物对环境的破坏。

【技术实现步骤摘要】
一种氨分解制氢系统及制氢方法


[0001]本专利技术涉及清洁能源设备领域，具体涉及一种氨分解制氢系统及制氢方法。

技术介绍

[0002]氢气是一种来源丰富的绿色清洁能源，具有能量密度大、热值高、储量丰富、来源广泛、转化效率高等特点，并且燃烧后生成水，没有碳排放。然而，氢的运输和存储是制约氢能技术推广应用的关键难题；氨是一种无碳富氢载体，氨储氢具有高能量密度、易于存储与运输、安全性高、产业基础成熟和终端无碳排放等独特优势；以氨作为储氢载体，可在能源终端通过氨分解反应现场制得氢气，可以直接制取氢氮混合气或者高纯氢；氨分解制氢是“氨
‑
氢”能源技术路线中的关键反应过程，该过程中，氨通过热催化分解生成体积分数为3:1的氢气和氮气。由于热力学平衡的限制，氨分解后的氢氮混合气仍存在少量未分解的氨，通常需要通过吸附将低浓度氨脱除至ppm级甚至更低，方可供下游应用。但在长期使用中，吸附剂会达到饱和导致无法继续吸附氨，需要定期进行脱附再生。在现有技术中，通常需要设置超过2根以上的吸附柱交错进行“吸附
‑
脱附”循环，满足氨分解制氢系统的长期供气。而在现有工艺的脱附过程中，不仅需要额外准备N2对吸附柱进行吹扫，增加了系统原料成本；而且吸附的氨仍不可避免地被释放出来，如不加以处理，仍会直接排放到大气中，或者通过燃烧转化成浓度较高的氮氧化物(NO
x
)排放到大气中。NH3和NO
x
均是大气中需要控制的污染物，为真正实现清洁高效“氨
‑
氢”转换和利用，必须要有效控制系统连续运行过程中产生的氨气或氮氧化物的排放问题。
[0003]中国专利CN208308426U公开了一种氨分解制氢装置，包括底板、箱体、第一吸附塔和第二吸附塔，箱体位于底板上方，箱体内设置有隔热板，隔热板上方设置有换热器，换热器与箱体之间设置有阀门，换热器一端穿过箱体并且设置有阀门，换热器另一端穿过隔板与分解炉内部连接，分解炉下端设置有气管，气管穿过箱体与第一吸附塔和第二吸附塔连接，所述第一吸附塔和所述第二吸附塔内设置有分子筛，所述第一吸附塔和所述第二吸附塔之间通过阀门连接；本专利通过换热器将液态氨转换为氨气，随后通过分解炉将氨气转化为氮气和氢气来减少氨气的环境的损坏，随后将分解完成后的氢氮气通入吸附塔进行吸附，提高氢氮气的气体纯度，该专利的氨分解制氢装置需要额外采用氮气对吸附塔进行吹扫，且吹扫过程中需要将已经饱和的吸附塔卸下，系统原料成本高且吸附效率不佳，并且在吸附过程中还存在着氨气泄露而破坏环境的风险。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提出一种氨分解制氢系统及制氢方法，该系统吸附时不会排出氨气以及氮氧化物，适用于氨分解长期供气，分解原料成本较低，能量利用率高且能量消耗较少。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种氨分解反应制氢系统，包括储氨装置、换热装置、氨分解反应装置第一压缩装
置和第一吸附装置，所述储氨装置的出液口通过所述换热装置上的冷液通道与所述氨分解反应装置的气体入口连通，所述氨分解反应装置的气体出口通过所述换热装置上的气体通道与所述第一压缩装置连通，从所述储氨装置中排出的液氨和从所述氨分解反应装置中排出的混合气体通过所述换热装置进行热量交换，并将经过热量交换后的气体导入所述第一压缩装置；
[0007]所述第一吸附装置包括多个并联设置的吸附柱，所述第一压缩装置的出口同时与多个并联设置的吸附柱的吸附入口连通，每个所述吸附柱的吸附入口与所述第一压缩装置之间的管路上对应设置有控制阀门，多个所述吸附柱的吸附出口之间彼此连通，相邻两个所述吸附柱的吸附出口之间设置有控制阀门，每个所述吸附柱的吸附入口还通过管路与所述氨分解反应装置的气体入口连通，每个所述吸附柱的吸附入口与所述氨分解反应装置之间的管路上设置有控制阀门，当开启位于相邻两个所述吸附柱的吸附出口之间的控制阀门时，经过所述吸附柱吸附后的混合气体能够通过其中一个所述吸附柱的吸附入口通入所述氨分解反应装置中。
[0008]优选地，所述换热装置包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器上设有第一冷液进口、第一冷液出口、第一热气进口和第一热气出口，所述第一冷液进口与第一冷液出口做为连通的一对，所述第一热气进口和第一热气出口做为连通的一对；所述第二换热器上设有第二冷气进口、第二冷气出口、第二热气进口和第二热气出口，所述第二冷气进口与第二冷气出口做为连通的一对，所述第二热气进口和第二热气出口做为连通的一对；所述储氨装置的出液口依次通过所述的第一冷液进口、第一冷液出口第二冷气进口第二冷气出口与所述氨分解反应装置的气体入口连通，所述氨分解反应装置上的气体出口依次通过第二热气进口、第二热气出口、第一热气进口和第一热气出口与所述第一压缩装置的进口连通；所述第一换热器能够将所述第二换热器排出的气体与所述储氨装置中排出的气体进行热量交换，并将经过热量交换后的气体排出所述第一换热器；所述第二换热器能够将所述第一换热器排出的气体导入所述氨分解反应装置、并且将所述第一换热器排出的气体与从所述氨分解反应装置中排出的气体进行热量交换，以及将经过热量交换后的气体重新导回所述第一换热器中。
[0009]所述第一吸附装置和所述氨分解反应装置的气体入口之间管路上还设置有第二压缩装置；
[0010]所述第一冷液出口与所述第二冷气进口之间的管路上设有调节阀；所述第二热气出口与所述第一热气进口之间的管路上还设有风冷装置。
[0011]所述第一压缩装置的入口端和出口端、以及所述第二压缩装置的入口端和出口端均设置有缓冲罐。
[0012]优选地，所述第一吸附装置包括并联设置的第一吸附柱第二吸附柱、以及设置在所述第一吸附装置的吸附入口和吸附出口处的第一控制阀门、第二控制阀门、第三控制阀门、第四控制阀门、第五控制阀门、第六控制阀门和第七控制阀门，所述第一吸附柱上设有第一吸附入口和第一吸附出口，所述第二吸附柱上设有第二吸附入口和第二吸附出口，所述第一吸附入口和所述第二吸附入口之间设置有第一管道，所述第一吸附出口和所述第二吸附出口通过第二管道连通，所述第一管道的下方并联连接有第三管道，所述第一吸附出口上设置有第四管道，所述第二吸附出口上设置有第五管道；所述第一压缩装置和所述第
一吸附入口之间设置有所述第一控制阀门所述第一压缩装置和所述第二吸附入口之间设置有所述第三控制阀门，所述第二管道上设置有所述第五控制阀门，所述第四管道上设置有所述第二控制阀门，所述第五管道上设置有第四控制阀门，所述第一吸附入口和所述氨分解反应装置之间设置有第六控制阀门，所述第二吸附入口和所述氨分解反应装置之间设置有第七控制阀门。
[0013]所述系统还包括缓冲装置和第二吸附装置，所述第二吸附装置包括多个并联设置的吸附柱，所述第一吸附装置上吸附柱的吸附出口与所述缓冲装置一端连通，所述缓冲装置另一端与第二吸附装置上吸附柱的吸附入口连通。
[0014]优选地，所述第二吸附装置包括并联设置的第三吸附柱和第四吸附柱、以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨分解反应制氢系统，包括储氨装置(1)、换热装置(2)、氨分解反应装置(3)、第一压缩装置(4)和第一吸附装置(5)，其特征在于：所述储氨装置(1)的出液口通过所述换热装置(2)上的冷液通道与所述氨分解反应装置(3)的气体入口(31)连通，所述氨分解反应装置(3)的气体出口(32)通过所述换热装置(2)上的气体通道与所述第一压缩装置(4)连通，从所述储氨装置(1)中排出的液氨和从所述氨分解反应装置(3)中排出的混合气体通过所述换热装置(2)进行热量交换，并将经过热量交换后的气体导入所述第一压缩装置(4)；所述第一吸附装置(5)包括多个并联设置的吸附柱，所述第一压缩装置(4)的出口同时与多个并联设置的吸附柱的吸附入口连通，每个所述吸附柱的吸附入口与所述第一压缩装置(4)之间的管路上对应设置有控制阀门，多个所述吸附柱的吸附出口之间彼此连通，相邻两个所述吸附柱的吸附出口之间设置有控制阀门，每个所述吸附柱的吸附入口还通过管路与所述氨分解反应装置(3)的气体入口(31)连通，每个所述吸附柱的吸附入口与所述氨分解反应装置(3)之间的管路上设置有控制阀门，当开启位于相邻两个所述吸附柱的吸附出口之间的控制阀门时，经过所述吸附柱吸附后的混合气体能够通过其中一个所述吸附柱的吸附入口通入所述氨分解反应装置(3)中。2.根据权利要求1所述的氨分解反应制氢系统，其特征在于：所述换热装置(2)包括第一换热器(21)和第二换热器(22)，所述第一换热器(21)上设有第一冷液进口(211)、第一冷液出口(212)、第一热气进口(213)和第一热气出口(214)，所述第一冷液进口(211)与第一冷液出口(212)做为连通的一对，所述第一热气进口(213)和第一热气出口(214)做为连通的一对；所述第二换热器(22)上设有第二冷气进口(221)、第二冷气出口(222)、第二热气进口(223)和第二热气出口(224)，所述第二冷气进口(221)与第二冷气出口(222)做为连通的一对，所述第二热气进口(223)和第二热气出口(224)做为连通的一对；所述储氨装置(1)的出液口依次通过所述的第一冷液进口(211)、第一冷液出口(212)、第二冷气进口(221)和第二冷气出口(222)与所述氨分解反应装置(3)的气体入口(31)连通，所述氨分解反应装置(3)上的气体出口(32)依次通过第二热气进口(223)、第二热气出口(224)、第一热气进口(213)和第一热气出口(214)与所述第一压缩装置(4)的进口连通。3.根据权利要求2所述的氨分解反应制氢系统，其特征在于：所述第一吸附装置(5)和所述氨分解反应装置(3)的气体入口之间管路上还设置有第二压缩装置(6)；所述第一冷液出口(212)与所述第二冷气进口(221)之间的管路上设有调节阀(23)；所述第二热气出口(224)与所述第一热气进口(213)之间的管路上还设有风冷装置(24)。4.根据权利要求3所述的氨分解反应制氢系统，其特征在于：所述第一压缩装置(4)的入口端和出口端、以及所述第二压缩装置(6)的入口端和出口端均设置有缓冲罐。5.根据权利要求1所述的氨分解反应制氢系统，其特征在于：所述第一吸附装置(5)包括并联设置的第一吸附柱(51)和第二吸附柱(52)、以及设置在所述第一吸附装置(5)的吸附入口和吸附出口处的第一控制阀门(a)、第二控制阀门(b)、第三控制阀门(c)、第四控制阀门(d)、第五控制阀门(e)、第六控制阀门(f)和第七控制阀门(g)，所述第一吸附柱(51)上设有第一吸附入口(511)和第一吸附出口(512)，所述第二吸附柱(52)上设有第二吸附入口(521)和第二吸附出口(522)，所述第一吸附入口(511)和所述第二吸附入口(521)之间设置有第一管道(53)，所述第一吸附出口(512)和所述第二吸附出口(522)通过第二管道(54)连通，所述第一管道(53)的下方并联连接有第三管道(55)，所述第一吸附出口(512)上设置有
第四管道(56)，所述第二吸附出口(522)上设置有第五管道(57)；所述第一压缩装置(4)和所述第一吸附入口(511)之间设置有所述第一控制阀门(a)，所述第一压缩装置(4)和所述第二吸附入口(521)之间设置有所...

【专利技术属性】
技术研发人员：江莉龙，罗宇，林立，陈崇启，张卿，
申请(专利权)人：福大紫金氢能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：