【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种低温氨分解制氢的装置及方法，属于氨分解制氢领域。
技术介绍
1、作为一种可再生清洁高效二次能源，氢气能源得益于资源丰富、来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染、利用形式多样、可作为储能介质及安全性好等优点，将成为助力能源、交通、石化等多个领域实现深度脱碳的现实途径，也将成为我国构建现代清洁能源体系重要的接替能源，加快氢能发展步伐已成为全球共识。
2、目前，我国氢能示范应用主要围绕工业副产氢和可再生能源制氢产地附近(小于200公里)布局，氢能储运以高压气态方式为主，气态储氢压力高，安全系数底，能量密度底。采用氨作为储氢载体，其储氢密度高、运输技术成熟，方便分布式现场制氢就地供应，避免氢气储运带来的困扰。氨分解制氢(2nh3＝n2+3h2)与天然气、液化石油气、甲醇等储氢原料制氢相比具有以下优点：nh3在20℃、0.8mpa的条件下可以以液态的形式储存和运输；nh3具有较大的能量密度(3000wh/kg)和较高的氢容量(17wt.％)；nh3分解产物仅为氢气和氮气，无cox和nox，选用合适的吸收剂，未分解的nh3可被有效吸收；nh3的生产、储存和运输技术成熟。因此，nh3是一种高效、清洁和安全的制氢、储存和运输载体。
3、中国专利cn116272714a中提供了一种氨分解微通道反应板及反应器和氨分解制氢方法。同时说明该情况下，氨载氢技术推广应用关键在于氨分解催化剂的发展水平，低温高效氨分解制氢技术，将对氢气布局产生重大影响，加快氢能大规模应用的进程。
4、但目前通用的氨分解制氢以ni基催
技术实现思路
1、根据本申请的一个方面，提供了一种低温氨分解制氢的装置，包括依次连接的液氨供应装置、氨泵、汽化器、换热器；
2、还包括与所述换热器相互连接的反应器和tsa系统；
3、所述tsa系统还依次连接有psa系统、第一增压泵和第一缓冲罐。
4、可选地，所述tsa系统通过第二增压泵与所述反应器相连。
5、可选地，所述反应器中包括催化剂，且反应条件为：
6、温度400～600℃，压力0.1～2mpa，氨气空速3000～5000ml/(gcat.h)；
7、优选地，所述催化剂选用负载金属钌催化剂，其中活性组分的质量含量为1-2％；
8、优选地，所述催化剂在装填时与惰性瓷环的混装比例范围为：1：0～1：3；
9、优选地，所述催化剂在装填时与惰性瓷环按照1：2混装。
10、所用催化剂可用氨气直接还原，也可用氢氮混合气进行还原。
11、可选地，所述tsa系统还包括第二缓冲罐。
12、可选地，所述换热器与所述tsa系统、所述psa系统依次相连。
13、可选地，所述反应器选自列管式反应器、填充床反应器、径向反应器、平板结构化反应器中的一种。
14、可选地，所述反应器采用采用电加热、外供燃气加热和产品氢气燃烧加热中的一种。
15、可选地，所述液氨供应装置中设置有过滤器，所述氨泵中包括计量器。
16、所述过滤器用于对液氨进行过滤净化，消除液氨里的油、机械杂质等。
17、可选地，所述psa系统设置有放空部。
18、根据本申请的另一个方面，还提供了一种低温氨分解制氢的方法，采用上述装置制氢，其特征在于，包括如下步骤：
19、s1：将全系统用氮气进行置换，在氮气置换后即通入液氨经气化得到的氨气；
20、s2：氨气在所述反应器中与催化剂接触进行升温还原，还原压力设置为0.1～2mpa，所述反应器中催化剂床层温度不超过520℃；
21、s3：还原完成后，降温至450℃，调整氨气空速为3000～5000ml/(gcat.h)，调整过程中，全系统的温度不低于430℃；
22、s4：反应后产物先经所述tsa系统变温吸附除去少量的氨，得到的解析气采用反应后的氢氮混合物反吹，增压后再次进入所述反应器反应；系统无氨气外排，氢气损耗率为0％；
23、s5：变温吸附后的氢氮混合气，经所述psa系统变压吸附后获得高纯氢，氮气作为解析气于高点处排放。
24、本申请中的原料氨采用工业液氨，为99.9％及以上工业用液氨，先对液氨进行过滤净化，消除液氨里的油、机械杂质等。
25、氨气经反应分解生成氢气和氮气，氨气的单程转化率在99.9％以上。氢氮混合气通过变温吸附tsa和变压吸附psa进行纯化，最终得到纯度高于99.99％的高纯氢气。
26、在3000ml/(gcat.h)的较低空速下，最低430℃即可满足氨单程转化率高于99.5％。
27、在450℃以上的温度下，氨气空速可提高至5000ml/(gcat.h)。
28、优选地，所述步骤s2中，所述升温还原过程具体包括：
29、s2-1：以200℃/h的升温速度将反应温度由室温升温至400℃，氨气气体流量设置为30l/min；
30、s2-2：保持氨气气体流量不变，400℃下保温2h；
31、s2-3：以200℃/h的升温速度将反应温度由400℃升温至500℃，氨气气体流量设置为50l/min；
32、s2-4：将氨气气体流量设置为100l/min，500℃下保温6h。
33、本申请能产生的有益效果包括：
34、本申请所提供的一种低温氨分解制氢的装置及方法，以负载金属钌催化剂，在压力0.1～2mpa，反应温度400～600℃，氨气空速3000～5000ml/(gcat.h)的条件下，将氨气分解生成氢气和氮气，氨气的单程转化率可达到99.9％以上，混合气通过变温吸附tsa和变压吸附psa进行纯化，最终能够得到纯度高于99.99％的高纯氢气，利用该方法可以在低温条件下制氢，能耗低，转化率高，能够满足大规模应用的需求，通过合理规划，能够达到能源及能量的回收再利用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种低温氨分解制氢的装置，其特征在于，包括依次连接的液氨供应装置、氨泵、汽化器、换热器；
2.根据权利要求1所述的一种低温氨分解制氢的装置，其特征在于，所述TSA系统通过第二增压泵与所述反应器相连。
3.根据权利要求2所述的一种低温氨分解制氢的装置，其特征在于，所述反应器中包括催化剂，且反应条件为：
4.根据权利要求3所述的一种低温氨分解制氢的装置，其特征在于，所述TSA系统还包括第二缓冲罐。
5.根据权利要求4所述的一种低温氨分解制氢的装置，其特征在于，所述换热器与所述TSA系统、所述PSA系统依次相连。
6.根据权利要求5所述的一种低温氨分解制氢的装置，其特征在于，所述反应器选自列管式反应器、填充床反应器、径向反应器、平板结构化反应器中的一种。
7.根据权利要求6所述的一种低温氨分解制氢的装置，其特征在于，所述反应器采用采用电加热、外供燃气加热和产品氢气燃烧加热中的一种。
8.根据权利要求7所述的一种低温氨分解制氢的装置，其特征在于，所述液氨供应装置中设置有过滤器，所述氨泵中包括计量器。<...
【技术特征摘要】
1.一种低温氨分解制氢的装置，其特征在于，包括依次连接的液氨供应装置、氨泵、汽化器、换热器；
2.根据权利要求1所述的一种低温氨分解制氢的装置，其特征在于，所述tsa系统通过第二增压泵与所述反应器相连。
3.根据权利要求2所述的一种低温氨分解制氢的装置，其特征在于，所述反应器中包括催化剂，且反应条件为：
4.根据权利要求3所述的一种低温氨分解制氢的装置，其特征在于，所述tsa系统还包括第二缓冲罐。
5.根据权利要求4所述的一种低温氨分解制氢的装置，其特征在于，所述换热器与所述tsa系统、所述psa系统依次相连。
6.根据权利要求5所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：武鑫，卢巍，高巧利，杜文强，任晓光，陈萍，何腾，柳林，鞠晓花，
申请(专利权)人：榆林中科洁净能源创新研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。