【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、全球对可再生能源和使用这种可再生能源产生绿色氢的关注，已经推动了将绿色氢转化为绿色氨的兴趣，原因是氨在数百或数千英里的距离上运输更简单。特别地，运输液态氢目前在商业上是不可能的，但是运输液态的氨目前是可行的。
2、为了在商业燃料电池中使用，根据反应，氨必须被转化回氢。
3、
4、这是一个吸热过程，即需要热量的过程，并且在催化剂上进行。该过程被称为裂化。产生的气体(或“裂化气体”)是氢(h2)和氮(n2)的组合。因为裂化反应是平衡反应，所以也存在一些残余的氨。目前，在裂化器的大多数应用中，氢+氮混合物原样使用。然而，由于氨对燃料电池来说可能是一种毒物，因此这种流在例如通过用水洗涤适当去除氨的情况下可以直接用于燃料电池。然而，如果氢用于运载工具加燃料，则氮的存在会对过程造成不利影响。运载工具加燃料系统的燃料被压缩到相当高的压力——高达900巴。这意味着在该过程中仅仅作为稀释剂的氮气也被压缩，造成能量消耗，占用储存体积，并且增加阳极气体吹扫需求，降低效率。因此，在氢用于运载工具加燃料的情况下，对氢+氮进行纯化是有益的。
5、小型裂化反应器或“裂化器”通常使用变压吸附(“psa”)装置来分离裂化气体，回收氢并产生psa尾气(或废气)。然而，这些裂化器通常是电加热的，并且psa尾气通常排放到大气中。
6、与从蒸汽甲烷重整(smr)反应器生产氢中常见的情况一样，可以使用psa纯化氮+氢。裂化反应在填充有催化剂的管中进行，该管通过炉从外部加热(参见gb1142941)
7、gb1142941公开了一种用于由氨制造城市煤气的方法。氨被裂化，并且裂化气体用水洗涤以去除残余的氨。残余氨使用蒸馏塔回收，并且被再循环到裂化法。然后，使纯化的氢/氮混合物富含丙烷和/或丁烷蒸汽，以产生用于分配的城市煤气。
8、us6835360a公开了一种吸热催化反应设备，用于将烃原料和甲醇转化成有用的气体，例如氢和一氧化碳。该设备包括与辐射燃烧室结合的管状吸热催化反应器。所得的裂化气体在通过气体调节系统之后直接用于燃料电池。
9、gb977830a公开了一种用于裂化氨以生产氢的方法。在该方法中，通过使裂化气体通过吸附氮的分子筛床，将氢与氮分离。然后将氮从床中排出，并且可以将其储存在保持器中。
10、jp5330802a公开了一种氨裂化法，其中氨与氨分解催化剂在10kg/cm2(或约9.8巴)的压力和300至700℃的温度下接触。使用psa装置从裂化气体中回收氢。该参考文献提到解吸的氮可以用于促进上游过程，但是没有提供细节。
11、us2007/178034a公开了一种方法，其中氨和烃原料的混合物在600℃和3.2mpa(或约32巴)下通过燃烧蒸汽重整器，在燃烧蒸汽重整器中它转化成含有约70体积％氢的合成气。合成气在变换反应中富含氢，冷却并且去除冷凝物。将所得的气体进料到psa系统，以产生具有99体积％或更多氢的纯化的氢产品。来自psa系统的废气作为燃料被进料到燃烧蒸汽重整器。
12、cn111957270a公开了一种方法，其中氨在炉内的管式反应器中裂化。裂化气体通过吸附分离以产生氢气和富氮废气。使用裂化气体、氢产品气体和/或废气的组合似乎满足了炉的燃料需求。
13、us2020/123006公开了一种利用氨与含氧气体的非催化部分氧化所产生的热量来裂化氨的方法。残余氨从工艺气体中分离并且被再循环用于氧化过程。
14、通常需要改进的由氨生产氢的方法，并且特别需要在能量消耗方面更有效和/或具有更高水平的氢回收和/或减少或消除燃烧化石燃料的需求的方法。
15、在本专利技术的实施方案的以下讨论中，除非另有说明，否则给出的压力是绝对压力。
技术实现思路
1、根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于由氨生产氢的方法，包括：
2、对包含水作为微量杂质的液态氨进料进行加压，以产生经加压液态氨进料；
3、在炉中燃烧一次燃料以加热含催化剂的反应器管并且形成烟道气；
4、将经加热的氨供应到所述含催化剂的反应器管中，以使氨裂化成含有氢气、氮气和残余氨的裂化气体；
5、通过热交换冷却所述裂化气体以产生冷却的裂化气体；
6、在洗涤塔中使用水从所述冷却的裂化气体中洗涤氨，以产生贫氨的裂化气体和氨水溶液；
7、在蒸馏塔系统中从所述氨水溶液中汽提氨以产生贫水的氨进料蒸汽和水性贫氨底部液体；
8、通过与一种或多种热流体的热交换来加热所述贫水的氨进料蒸汽，以产生所述经加热的氨；
9、在第一psa装置中纯化所述贫氨的裂化气体以产生第一氢产品气体和第一psa尾气；
10、其特征在于，经加压液态氨进料通过与一种或多种热流体的热交换被加热和蒸发，以产生氨进料蒸汽，所述氨进料蒸汽被进料到蒸馏塔系统，以从氨进料蒸汽中去除水，
11、其中所述一种或多种热流体包括所述裂化气体和/或所述烟道气。
12、液态氨进料通常被加压到大于1.1巴，例如至少5巴或至少10巴的压力。在一些实施方案中，液态氨被加压到在约5巴至约50巴的范围内，或在约10巴至约45巴的范围内，或在约30巴至约40巴的范围内的压力。
13、通常，液态氨进料具有添加到其中的少量水，以防止在运输和储存期间容器中的应力腐蚀开裂。液态氨进料包含作为微量杂质的水，例如水的量在约0.1重量％至约0.5重量％的范围内，通常水的量为约0.2重量％。水应当从进料氨中去除，以防止对氨裂化催化剂的损坏。一些催化剂(例如铁基催化剂)是不耐水的，并且与包含水的进料不太相容。
14、加热并蒸发液态氨进料以产生氨进料蒸汽。被进料到蒸馏塔系统中的氨进料蒸汽的温度通常在约25℃至约90℃的范围内，这确保了水也与蒸发的氨一起被带入蒸馏系统。实际温度由氨被泵送时的压力下的沸点决定。进入塔的蒸发的氨可能包含少量(例如1％至2％)富含水的液相，该液相将被带入蒸馏系统。可替代地，含水的氨流可以被蒸发，留下富含水的液体流，该富含水的液体流可以被单独进料到蒸馏系统。
15、使用蒸馏塔系统从氨进料蒸汽中去除水。由于氨进料已经被蒸发，因此可以将它引入到蒸馏塔系统的顶部附近。产生的贫水的氨进料蒸汽通常含有少于5ppm，优选地少于2ppm，更优选地少于1ppm的水。
16、通常在高于约250℃，例如在约350℃至约800℃或约400℃至约600℃的范围内的温度下，加热贫水的氨进料蒸汽以产生经加热的氨。
17、温度最终由催化剂的特性、操作压力和所需的“泄漏”(即通过裂化反应器而未被裂化氨的量)确定。在这方面，该方法通常在不超过约4％的泄漏下操作，如果裂化法在接近平衡的5巴和350℃下操作，这将是泄漏量。一些建筑材料在高于约700℃的温度下在任何明显的压力下可能出现问题。
18、裂化反应发生在由炉加热的填充有催化剂的反应器管中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于由氨生产氢的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，包括通过与所述一种或多种热流体的热交换，使在所述蒸馏塔系统中或来自所述蒸馏塔系统的底部液体再沸腾。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，包括使用电动加热器使所述蒸馏塔系统中或来自所述蒸馏塔系统的底部液体再沸腾。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述加热器至少部分地由从至少一个可再生能源产生的电力供电。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括通过热交换部分地冷凝所述蒸馏塔系统中或来自所述蒸馏塔系统的塔顶蒸汽，以产生经冷凝的液体和贫水的氨进料蒸汽，所述经冷凝的液体作为回流被再循环到所述蒸馏塔系统。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括将所述水性底部液体从所述蒸馏塔系统进料到所述洗涤塔。
7.根据权利要求6所述的方法，其中通过与被进料到所述洗涤塔的水性底部液体的热交换来加热被进料到所述蒸馏塔系统的氨水溶液。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其中所述水性底部液体在被进料到所述洗涤塔之前通过热交换被进一步冷却
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括将所述氨水溶液从所述洗涤塔泵送到所述蒸馏塔系统。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：
11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，包括：
12.根据权利要求11的方法，包括在所述炉中燃烧所述第二PSA尾气作为二次燃料。
13.一种用于由氨生产氢的设备，包括：
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述蒸馏塔系统包括与所述第一热交换器热集成的底部再沸器。
15.根据权利要求13所述的设备，其中所述蒸馏塔系统包括电动再沸器。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的设备，其中所述蒸馏塔系统包括塔顶冷凝器，用于通过与冷却剂的热交换来部分冷凝塔顶蒸汽。
17.根据权利要求16所述的设备，包括用于将经冷凝的液体作为回流从所述塔顶冷凝器进料到所述蒸馏塔系统的回流导管。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的设备，包括用于将水性底部液体从所述蒸馏塔系统供应至所述洗涤塔的水性底部液体导管。
19.根据权利要求18所述的设备，包括第二热交换器，用于通过与来自所述蒸馏塔系统的水性底部液体的热交换来温热来自所述洗涤塔的氨水溶液。
20.根据权利要求18或权利要求19所述的设备，包括第三热交换器，用于通过与冷却剂的热交换来冷却来自所述蒸馏塔系统的水性底部液体。
21.根据权利要求13至20中任一项所述的设备，包括用于将氨水溶液从所述洗涤塔泵送到所述蒸馏塔系统的泵。
22.根据权利要求13至21中任一项所述的设备，包括：
23.根据权利要求13至21中任一项所述的设备，包括：
24.根据权利要求13至23中任一项所述的设备，包括用于将第二PSA尾气进料到所述第一热交换器的导管，用于在炉中燃烧之前通过与一种或多种热流体的热交换来加热。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于由氨生产氢的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，包括通过与所述一种或多种热流体的热交换，使在所述蒸馏塔系统中或来自所述蒸馏塔系统的底部液体再沸腾。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，包括使用电动加热器使所述蒸馏塔系统中或来自所述蒸馏塔系统的底部液体再沸腾。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述加热器至少部分地由从至少一个可再生能源产生的电力供电。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括通过热交换部分地冷凝所述蒸馏塔系统中或来自所述蒸馏塔系统的塔顶蒸汽，以产生经冷凝的液体和贫水的氨进料蒸汽，所述经冷凝的液体作为回流被再循环到所述蒸馏塔系统。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括将所述水性底部液体从所述蒸馏塔系统进料到所述洗涤塔。
7.根据权利要求6所述的方法，其中通过与被进料到所述洗涤塔的水性底部液体的热交换来加热被进料到所述蒸馏塔系统的氨水溶液。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其中所述水性底部液体在被进料到所述洗涤塔之前通过热交换被进一步冷却。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括将所述氨水溶液从所述洗涤塔泵送到所述蒸馏塔系统。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：
11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，包括：
12.根据权利要求11的方法，包括在所述炉中燃烧所述第二psa尾气作为二次燃料。
13....
【专利技术属性】
技术研发人员：V·怀特，A·肖，S·C·萨洛韦，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：
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