一种基于膜分离的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基于膜分离的氨分解制氢系统及制氢方法，所述系统中储氨装置的出液口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吸附装置连通，吸附装置的吸附出口与提纯装置的进气口连通，提纯装置的氢气出口将分离出的纯氢收集或导入终端设备应用，分离气出口同时与吸附装置的吸附出口以及外部空气连通，提纯装置能够将经过吸附后的混合气体进一步提纯，并将分离后的剩余的气体导入吸附装置以用于吹扫吸附装置

【技术实现步骤摘要】
一种基于膜分离的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，具体涉及一种基于膜分离的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以及能量消耗量，且吹扫效果不佳；吸附过程中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
(NOx)
排放到大气中，造成环境污染
。
[0003]CN216958124U
公开了一种直接利用氨分解混合气的燃料电池系统，包括氢提纯装置
、
供给单元和空气供给单元，氢提纯装置与供给单元
、
吸附装置
、
氢气缓冲装置彼此连通；氨分解反应产生的气体经过吸附装置后进入氢提纯装置进一步分离，随后进入燃料电池系统；该燃料电池系统能够使得氢气单方向通过膜分离系统，从而提高氨分解后混合气体中氢气的浓度，进而提高燃料电池的性能；然而本燃料电池系统中通过将氮气与氢气分离后，将氮气通过管道与燃料电池连通以进行吹扫；吹扫效果不佳，氢气纯度不高，且氮气和氢气分离后，依旧存在着氮氧化物泄露而造成环境污染的风险
。

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基于膜分离的氨分解制氢系统及制氢方法，该系统采用吸附装置吸附和膜分离二级分离技术，吸附时不会排出氨气以及氮氧化物，且无需外接氮气来进行吹扫，系统运行成本低且能量消耗量低
、
吹扫效果
。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于膜分离的氨分解制氢系统，包括储氨装置
、
换热装置
、
氨分解反应装置
、
第一压缩装置
、
吸附装置和提纯装置，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]所述提纯装置上设有进气口
、
氢气出口和分离气出口，所述第一压缩装置与所述吸附装置的吸附入口连通，所述吸附装置的吸附出口与所述提纯装置的进气口连通，所述提纯装置的氢气出口将分离出的纯氢收集或导入终端设备应用，分离气出口同时与所述吸附装置的吸附出口以及外部空气连通，所述提纯装置能够将经过吸附后的混合气体进一步提纯，并将分离后的剩余的气体导入所述吸附装置以用于吹扫所述吸附装置
。
[0008]所述提纯装置为膜提纯装置，所述提纯装置中设置有钯膜
、
钯合金膜或者合金聚合物膜中的一种或多种
。
[0009]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
、
第二冷气进口和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
。
[0010]所述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；所述吸附装置的吸附出口与所述提纯装置的进气口之间管路上还设有缓冲装置；
[0011]优选地，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
。
[0012]优选地，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
。
[0013]所述氨分解反应装置中设置有钌基催化剂
。
[0014]优选地，所述吸附装置包括并联设置的第一吸附柱和第二吸附柱
、
以及设置在所述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
、
第七控制阀门和第八控制阀门，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和所述第八控制阀门，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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于膜分离的氨分解制氢系统，其特征在于，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)、
吸附装置
(5)
和提纯装置
(8)
，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)
；所述提纯装置
(8)
上设有进气口
(82)、
氢气出口
(83)
和分离气出口
(84)
，所述第一压缩装置
(4)
与所述吸附装置
(5)
的吸附入口连通，所述吸附装置的吸附出口
(5)
与所述提纯装置
(8)
的进气口
(82)
连通，所述提纯装置的氢气出口
(83)
将分离出的纯氢收集或导入终端设备应用，分离气出口
(84)
同时与所述吸附装置
(5)
的吸附出口以及外部空气连通，所述提纯装置
(8)
能够将经过吸附后的混合气体进一步提纯，并将分离后混合气体导入所述吸附装置
(5)
以用于吹扫所述吸附装置
(5)。2.
根据权利要求1所述的基于膜分离的氨分解制氢系统，其特征在于：所述提纯装置
(8)
为膜分离装置，所述提纯装置
(8)
中设置有钯膜
、
钯合金膜或者合金聚合物膜中的一种或多种
。3.
根据权利要求1所述的基于膜分离的氨分解制氢系统，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
。4.
根据权利要求3所述的基于膜分离的氨分解制氢系统，其特征在于：所述吸附装置
(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)
；所述吸附装置
(5)
的吸附出口与所述提纯装置
(8)
的进气口
(82)
之间管路上还设有缓冲装置
(7)
；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)。5.
根据权利要求4所述的基于膜分离的氨分解制氢系统，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
。6.
根据权利要求1所述的基于膜分离的氨分解制氢系统，其特征在于：其特征在于：所述氨分解反应装置
(3)
中设置有钌基催化剂
。7.
根据权利要求1所述的基于膜分离的氨分解制氢系统，其特征在于：所述吸附装置
(5)
包括并联设置的第一吸附柱
(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：江莉龙，林立，罗宇，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：