本發(fā)明涉及氨分解制氫的，具體涉及一種氨分解制氫氣的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、氫能作為綠色低碳、來源豐富的二次能源，正逐步成為全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要載體。同時，氫能還是清潔的無碳能源，隨著未來燃料電池車的快速發(fā)展，氫能的需求也將迅速增加。但是目前，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍然面臨著一定的問題就是我國化石資源及可再生能源分布不均，氫氣來源及用氫場景之間的地域不均衡性問題較為突出。為解決該問題，利用分布式制氫技術(shù)可實現(xiàn)直接在加氫站內(nèi)制氫，從而降低氫氣成本、減少運輸安全風(fēng)險。

2、以氨作為液態(tài)儲氫媒介，開發(fā)氨分解分布式制氫技術(shù)優(yōu)勢在于氨氣容易液化、且有成熟的運輸網(wǎng)絡(luò)，同時儲氫密度高，且分解產(chǎn)物無碳排放。氨分解制氫也面臨一些問題，由于撬裝空間有限，氨分解得到的氫氣無法僅通過變壓吸附得到高氫氣產(chǎn)率。此外，氨作為原料也存在毒性問題，如果氨沒有完全分解，尾氣中的氨直接排除將造成一定的安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種氨分解制氫氣的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)高效節(jié)能、安全環(huán)保、氫氣產(chǎn)率高、占地小。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種氨分解制氫氣的系統(tǒng)，其中，述系統(tǒng)包括氫氣制備單元、殘氨回收分離單元和氫氣純化單元，所述氫氣制備單元、殘氨回收分離單元和氫氣純化單元通過管道相互連接；

3、所述氫氣制備單元包括氨分解反應(yīng)器，所述氨分解反應(yīng)器用于將原料氨氣進(jìn)行氨分解反應(yīng)，得到產(chǎn)品氣；

4、該系統(tǒng)還包括換熱單元，所述換熱單元用于將所述產(chǎn)品氣與所述原料氨氣進(jìn)行換熱；

5、所述殘氨回收分離單元包括變溫吸附裝置，所述變溫吸附裝置用于吸附未反應(yīng)的氨氣，得到裂解氣；

6、所述氫氣純化單元包括膜分離器和變壓吸附裝置；

7、所述膜分離器用于對裂解氣進(jìn)行分離提純，得到氫氮混合氣和粗氫；

8、所述變壓吸附裝置用于對粗氫進(jìn)行提純，得到產(chǎn)品氫氣和解析氣。

9、本發(fā)明第二方面提供一種氨分解制氫氣的方法，其中，所述方法在第一方面所述的系統(tǒng)中進(jìn)行，其中，所述方法包括：

10、s1、原料氨氣經(jīng)換熱單元進(jìn)入氫氣制備單元的氨分解反應(yīng)器進(jìn)行氨分解反應(yīng)，得到產(chǎn)品氣；

11、s2、所述產(chǎn)品氣進(jìn)入殘氨回收分離單元的變溫吸附裝置吸附未反應(yīng)的氨氣，得到裂解氣；

12、s3、所述裂解氣進(jìn)入氫氣純化單元的膜分離器進(jìn)行分離提純，得到氫氮混合氣和粗氫；

13、s4、所述粗氫進(jìn)入氫氣純化單元的變壓吸附裝置進(jìn)行提純，得到產(chǎn)品氫氣和解析氣。

14、本發(fā)明提供的系統(tǒng)，采用換熱單元利用氨分解的產(chǎn)品氣針對原料氨氣進(jìn)行換熱，從而減少了熱量損失。通過內(nèi)部循環(huán)換熱起到節(jié)能效果。

15、本發(fā)明提供的系統(tǒng)采用膜分離器耦合變壓吸附裝置的方式進(jìn)行氫氣提純，在空間有限的撬裝條件下提高氫氣產(chǎn)率，同時控制副產(chǎn)物為氮氣，能夠直接排空無污染。

16、本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選情況下，采用將氫氣提純系統(tǒng)得到的解析氣反吹變溫吸附裝置的方式，將未充分分離的氫氣進(jìn)行二次提純，從而提高氫氣產(chǎn)率，同時未反應(yīng)的氨氣重新進(jìn)入變溫吸附裝置進(jìn)行二次吸收，避免氨排放對環(huán)境的污染。

17、本發(fā)明提供的系統(tǒng)，采用膜分離器耦合的工藝得到氫氮混合氣，優(yōu)選情況下，通過催化氧化單元制取高純氮，提高副產(chǎn)物價值。

技術(shù)特征：

1.一種氨分解制氫氣的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括氫氣制備單元、殘氨回收分離單元和氫氣純化單元，所述氫氣制備單元、殘氨回收分離單元和氫氣純化單元通過管道相互連接；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述氫氣制備單元還包括液氨電氣化器(1)，所述液氨電氣化器(1)用于將氨源液氨氣化為氨氣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中，所述變溫吸附裝置(5)的入口與所述氨分解反應(yīng)器(4)的出口連通；和/或，所述變溫吸附裝置(5)的入口與所述變壓吸附裝置(7)的第一出口(71)連通；

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的系統(tǒng)，其中，

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括催化氧化單元，所述催化氧化單元用于對氫氮混合氣進(jìn)行催化氧化，得到副產(chǎn)物高純氮氣。

6.一種氨分解制氫氣的方法，其中，所述方法在權(quán)利要求1-5中任意一項所述的系統(tǒng)中進(jìn)行，其中，所述方法包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，步驟s1中，所述氨分解反應(yīng)的溫度為480-600℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中，該方法還包括將氨源液氨依次輸送至氫氣制備單元的液氨電氣化器(1)和氨凈化器(2)進(jìn)行氣化凈化，得到原料氨氣。

9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任意一項所述的方法，其中，

10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任意一項所述的方法，其中，所述變壓吸附裝置(7)的入口壓力為1500-2300kpa。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及氨分解制氫的領(lǐng)域，公開了一種氨分解制氫氣的系統(tǒng)和方法。氨分解制氫氣系統(tǒng)包括氫氣制備單元、殘氨回收分離單元和氫氣純化單元，氫氣制備單元、殘氨回收分離單元和氫氣純化單元通過管道相互連接；氫氣制備單元包括氨分解反應(yīng)器，氨分解反應(yīng)器用于將原料氨氣進(jìn)行氨分解反應(yīng)，得到產(chǎn)品氣；該系統(tǒng)還包括換熱單元，換熱單元用于將產(chǎn)品氣與原料氨氣進(jìn)行換熱；殘氨回收分離單元包括變溫吸附裝置，變溫吸附裝置用于吸附未反應(yīng)的氨氣，得到裂解氣；氫氣純化單元包括膜分離器和變壓吸附裝置；膜分離器用于對裂解氣進(jìn)行分離提純，得到氫氮混合氣和粗氫；變壓吸附裝置用于對粗氫進(jìn)行提純，得到產(chǎn)品氫氣和解析氣。該系統(tǒng)氫氣產(chǎn)率高、占地小。

技術(shù)研發(fā)人員：高迪,孫尚聰,曹田田,趙東越,姜秋橋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國石油化工股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/5