【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于氢气生产领域，特别涉及用于从氨裂解单元生产氢气的方法和设备。
技术介绍
1、电力行业和运输过度使用化石燃料对人类健康和福利以及环境造成了有害影响。目前，迫切需要提供一些环保且可持续的化石燃料替代品。
2、氢气和氨气是无碳载体，它们被认为是化石燃料的理想替代品。
3、在小规模上，可以通过各种国内资源(如太阳能、风能)和电解生产氢气。相反，在工业规模上，氢气是通过化石燃料的重整获得的，其主要通过天然气的重整(蒸汽重整)或煤衍生合成气的水煤气变换。
4、由蒸汽重整产生的氢气需要多步骤的方法，从天然气纯化开始、高温重整、高低温水煤气变换转换(wgs)和纯化。
5、不幸的是，由于重整过程，大量的co2排放到大气中。
6、在本领域中，希望找到一种工业规模的氢气合成方法，该方法可以在不向大气中排放任何二氧化碳的情况下生产清洁的氢气。这种方法也应该在经济上与传统方法相比具有竞争力。
7、由可再生能源合成的绿色氨是氢气的无碳储存载体，具有许多潜在的能源应用，包括生产绿色氢气。可以通过被称为催化裂解的热分解过程从氨中获得氢气。
8、在催化裂解过程中，氨在热量和催化剂(ni或ru或pt)的存在下根据以下吸热平衡分解或裂解回h2和n2：
9、
10、在低至425℃的温度下，氨可以热力学转化为氢气。然而，在实践中，转化率取决于所使用的催化剂的类型。通常，ni在比ru(400℃)更高的温度(500-750℃)下具有活性，但后者的催化剂更
11、氨的热催化转化所需的热量通常通过电加热炉中的电加热或在通过燃料燃烧的重整器中提供。
12、不幸的是，上述氨裂解技术存在几个缺点。首先，氨裂解技术是成熟的，并且市售主要用于小规模应用(即具有小于100kg h2/h的氢气生产速率)。
13、扩大这项技术的主要困难是设计足够紧凑但能够以与消耗量相一致的速率分解氨的裂解单元。
14、此外，在使用绝热裂解单元的计划中观察到的典型问题是氨的转化率相对较低(即氨逃逸率高)。相反，利用氧气吹炼自热重整器的裂解设备需要安装昂贵的空气分离单元asu。
15、此外，对于高氢气生产率(>1000m3/h)，天然气重整仍然是最具成本效益的选择。
16、因此，鉴于上述考虑状态，非常希望提供一种具成本效益的氢气合成方法和适用于大规模氢气生产的设备。此外，改进的氢气合成方法应该是环境友好的，因此不会导致二氧化碳排放到大气中。
技术实现思路
1、本专利技术旨在克服现有技术的上述缺点。特别地，本专利技术所解决的问题是如何减少二氧化碳排放量和设备的成本，以及如何提供适合用于大规模生产的方法和设备。
2、本专利技术涉及一种方法，其中通过氨的裂解获得高纯度氢气流。
3、本专利技术的第一方面是根据权利要求1的用于催化合成氢气的无碳氢气生产方法。
4、根据权利要求1所述的方法包括以下步骤：使任选添加有水的氨流经历预热步骤以产生含氨流，使所述含氨流在热量的存在下经历催化氨裂解步骤以产生含有氮气、氢气以及潜在残留的氨和水的热裂解流。
5、根据权利要求1所述的方法还包括以下步骤：使热裂解流经历氢气回收步骤以产生高纯度氢气流和尾气，或者使热裂解流在水的存在下经历洗涤步骤以产生纯化气体流，并进一步使所述纯化气体流经历氢气回收步骤以产生高纯度氢气流和尾气。
6、此外，根据权利要求1所述的方法包括以下步骤：将尾气的至少一部分作为燃料气体再循环以提供热量用于催化裂解步骤的步骤和排出所述高纯度氢气流。
7、本专利技术的另一个方面是根据权利要求7的用于生产氢气的方法。
8、根据权利要求7所述的方法包括以下步骤：使氨流经历加热阶段以产生含氨流，在热量的存在下使所述含氨流经历催化氨裂解步骤以产生燃烧气体和含有氮气、氢气和残留氨的热裂解流。
9、根据权利要求7所述的方法还包括以下步骤：任选地将热裂解流与水混合以产生添加有水的热裂解流，并且将所述热裂解流或所述添加有水的热裂解流进料到冷却阶段以产生冷却流，使所述冷却流经历闪蒸分离步骤以产生贫氨流以及氨流或氨水溶液，并进一步使所述贫氨流经历氢气回收步骤以产生高纯度氢流和尾气。
10、或者，使所述贫氨气体流在水的存在下经历洗涤步骤以产生纯化气体。使所述纯化气体进一步经历氢气回收步骤以产生高纯度氢气流和尾气。
11、此外，根据权利要求7所述的方法包括以下步骤：将尾气的至少一部分作为燃料气体再循环以提供热量用于催化裂解步骤的步骤和排出所述高纯度氢气流。
12、本专利技术的另一个方面是根据权利要求的用于生产氢气的设备。
13、适于执行权利要求1的方法的氢气生产设备包括至少一个适合于氨裂解的炉，其包括多个外部加热的催化管、设置成将含氨流进料到管中的输入管线和设置成从管收集热裂解流的输出管线。
14、适于执行权利要求1的方法的设备包括配置为回收高纯度氢气流和尾气的氢气回收单元、设置成将从所述氢气回收单元分离的所述尾气的至少一部分再循环到炉中以用作附加燃料的管线、以及设置成从所述氢气回收单元取出高纯度氢气流的管线。
15、适于执行权利要求7的方法的设备包括适合于氨裂解的炉，其包括多个外部加热的催化管、设置成将含氨流进料到管中的输入管线、设置成从管收集热裂解流的输出管线、以及可选地配置成向热裂解流提供水的管线。
16、适于执行权利要求7的方法的设备还包括与所述输出管线连通并配置成将贫氨气体流与氨流或氨水溶液分离的闪蒸分离器单元、与所述闪蒸分离器流体连通并配置成回收高纯度氢气流和尾气的氢气回收单元、设置成将从所述氢气回收单元分离的所述尾气的至少一部分再循环到炉中以用作附加燃料的管线、以及设置成从所述氢气回收单元取出高纯度氢气流的管线。
17、有利地，通过将空气而不是氧气进料到炉中，不需要空气分离单元。甚至更有利地，通过调节燃料-空气比(即在过量空气中运行)，可以使离开炉的燃烧气体的nox含量最小化。此外，通过安装scr选择性催化还原scr或非选择性催化还原减少系统nscr，系统中存在的nox可以被完全去除或减少到几个ppm。
18、甚至更有利地，与在本专利技术的方法中使用天然气作为燃料源所进行的重整方法相反，使用无碳源(例如氨)作为可燃气体，从而不会将二氧化碳排放物释放到大气中。
19、有利地，在方法和设备配置中，其中将电裂解单元设置在炉之前或与炉集成在一起，可以设想在氢气的合成中具有高的灵活性。
20、优选的实施例
21、根据本专利技术的特别优选的实施例，维持氨的吸热裂解所需的热量是通过在预热空气的存在下燃料气体的燃烧反应以产生燃烧气体提供的。
22、优选地，在催化裂解步骤中用作可燃气体的燃料气体包含氨、或氮气和氢气的混合物、或氨、氮气和氢气的混合物。有利地，没有二氧化碳排本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于催化合成氢气的方法，其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：使燃料气体(12)在预热空气(28)的存在下经历燃烧，以在所述催化氨裂解步骤(11)中提供重整热量并产生燃烧气体(60)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述燃料气体(12)包括氨、或氮气和氢气的混合物、或氨、氮气和氢气的混合物。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在电加热的存在下使保留氨的燃料气体(12)经历裂解步骤(100)以产生保留氢气和氮气以及潜在的未经转化的氨的气体混合物(101)，并且进一步使所述气体混合物(101)在预热空气(28)的存在下经历燃烧以在所述催化裂解步骤(11)中提供重整热量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述裂解步骤(100)和所述燃烧在单个单元中进行。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述燃料气体(12)在经历所述裂解步骤(100)之前或在经历燃烧之前进一步经历热量回收步骤，其中热量从燃烧气体(60)间接传递到所述燃料气体(12)。
7.用于催化合成
8.根据权利要求7所述的方法，其中用于氨催化裂解步骤的重整热量是通过燃料气体(12)在预热空气(28)的存在下的燃烧来提供的。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：在电加热的存在下使保留氨的燃料气体(12)经历裂解步骤(100)以产生保留氢气和氮气以及任选未经转化的氨的气体混合物(101)，并且进一步使所述气体混合物(101)在预热空气(28)的存在下经历燃烧以在所述催化裂解步骤(11)中提供重整热量。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：将从所述蒸馏步骤(83)中获得的所述水溶液(84)的第二部分(88)与任选添加有水补充流(17)的热裂解流(14)混合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述氢气纯化步骤(19)通过变压吸附单元、或低温分离单元、或膜纯化单元进行。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述高纯度氢气流(22)的浓度高于95％wt，优选高于99％wt，更优选高于99.9％wt。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中离开催化裂解步骤(11)的热裂解流(14)的温度在400至950℃之间，优选在550至650℃之间。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述催化裂解步骤(11)在约5至65barg的压力下进行，优选在包括15至30barg之间。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使所述燃烧气体(60)经历氮氧化物(NOx)减少步骤。
17.用于根据权利要求1所述的方法生产氢气的设备，其至少包括：
18.根据权利要求17所述的设备，还包括：
19.根据权利要求17或18所述的设备，还包括电裂解单元(100)，所述电裂解单元(100)配置为裂解保留氨的燃料气体，其中：
20.用于根据权利要求7所述的方法生产氢气的设备，其至少包括：
21.根据权利要求20所述的设备，还包括：
22.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述炉还包括用于去除氮氧化物NOx的单元，优选SCR单元。
23.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述氢气回收单元是以下单元中的一个：变压吸附单元；低温分离单元；膜分离单元。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.用于催化合成氢气的方法，其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：使燃料气体(12)在预热空气(28)的存在下经历燃烧，以在所述催化氨裂解步骤(11)中提供重整热量并产生燃烧气体(60)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述燃料气体(12)包括氨、或氮气和氢气的混合物、或氨、氮气和氢气的混合物。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在电加热的存在下使保留氨的燃料气体(12)经历裂解步骤(100)以产生保留氢气和氮气以及潜在的未经转化的氨的气体混合物(101)，并且进一步使所述气体混合物(101)在预热空气(28)的存在下经历燃烧以在所述催化裂解步骤(11)中提供重整热量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述裂解步骤(100)和所述燃烧在单个单元中进行。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述燃料气体(12)在经历所述裂解步骤(100)之前或在经历燃烧之前进一步经历热量回收步骤，其中热量从燃烧气体(60)间接传递到所述燃料气体(12)。
7.用于催化合成氢气的方法，其包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的方法，其中用于氨催化裂解步骤的重整热量是通过燃料气体(12)在预热空气(28)的存在下的燃烧来提供的。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：在电加热的存在下使保留氨的燃料气体(12)经历裂解步骤(100)以产生保留氢气和氮气以及任选未经转化的氨的气体混合物(101)，并且进一步使所述气体混合物(101)在预热空气(28)的存在下经历燃烧以在所述催化裂解步骤(11)中提供重整热量。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
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