[實用新型]一種基于液氨載氫-制氫的能量儲存及轉換系統

有效

• 申請號: 202020244337.8
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN211770292U
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 王哲;韓鳳翚;紀玉龍;李文華
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04;C01B3/50;F28D7/08
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 王思宇;李洪福

本實用新型提供一種基于液氨載氫?制氫的能量儲存及轉換系統，包括：液態氨儲存、氣化、除雜及氨氣升溫單元，包括依次連通的液氨儲罐、氣化器、壓力調節閥組、干燥過濾器、氨氣預熱器和加熱器；催化裂解轉化制氫、分離純化單元，包括依次連通的氨氣催化裂解?氫分離器，純化器，冷卻器和載冷劑泵；所述氨氣催化裂解?氫分離器與所述氨氣預熱器相連通，所述氨氣催化裂解?氫分離器產生的廢氣中的高溫氮氣經過所述氨氣預熱器進行能量回收將熱量傳遞給氨氣使其升溫；所述冷卻器與所述氣化器之間通過所述載冷劑泵泵送循環載冷劑。本實用新型現有的制氫過程污染排放量大、耗電量高，氣制造后儲運較復雜的問題。

技術領域

本實用新型涉及液氨載氫-制氫的換熱網絡及設備領域，具體而言，尤其涉及一種基于液氨載氫-制氫的能量儲存及轉換系統。

背景技術

能源短缺，環境污染和氣候變暖給人類社會帶來了巨大的壓力，因此優化能源使用效率合理開發高效清潔能源以及其相關轉化技術，從傳統重污染的化石燃料向環境友好的可再生非化石能源過渡是目前亟需解決的關鍵性問題。在眾多可再生能源中氫能被譽為“能源皇冠上的明珠”是一種完全清潔可再生的終極能源。雖然氫分布廣泛，然而自然狀態下游離態氫存在量極少，如何經濟低碳環保的富集純化進而制造氫氣從而使用是目前氫能源普及的一大難題。目前工業人工大規模制氫可分為化石燃料、可再生水電解以及生物技術制造等。然而，由于技術限制這幾種制氫過程要么存在污染排放量更大，耗電量更高等環境經濟問題，要么不能大規模生產穩定性差等。另外，氫氣制造后的儲運較復雜而且極其昂貴，氣態壓力儲氫需要生產設計壓力為98MPa的儲氫罐才能滿足要求，液氫儲運需要將氫氣在常壓下降低到-253℃進行液化，存罐技術難度材料要求極高。因此在上述技術不成熟的情況下急需尋找可替代的具有經濟性儲氫制氫方法。

氨作為一種含氫質量分數17.6％的有機物質，被廣泛用于農工業基礎性產品和化工原料，其在空氣中爆炸極限較窄(16～27％)，且具有刺激性氣味易于發現，其生產技術成熟儲運價格低廉，其在600℃左右常壓加入常規催化劑完全裂解為氫氣和氮氣且轉化效率可達99.9％，具有非常大的產氫潛力。氨僅需在常溫-33℃就可液化而且不會和金屬產生氫脆反應，而且液氨的體積能量密度是液氫的1.53倍。液氨的體積能量密度是液氫的1.53倍，在相同體積條件下能量儲運率更高。目前，國內加氫站的氫氣價格約70元每公斤，而液氨的價格約3000元每噸，其分解得到的氫氣約16.7元每公斤，其中還沒有對比氫和氨在儲存、運輸、分解等成本的差價。因此，氨作為儲氫-制氫的原料氣來源及其有前途和新引力的技術形式。

目前現有的制氫-儲氫技術都集中在高耗能以及高排放方面，且純粹的把制氫和儲氫技術割裂開來，比如化石燃料重整，水電解在大量耗能并且制出氫氣后比沒有進行后續的氫儲運的技術銜接，以致后續的壓縮、液化以及氫化物儲運再次進行能源消耗，雖然目前大規模制造氫氣的成本可以接受但是后續的氫氣儲運能源消耗及成本過高，這種技術模式導致整個制氫-儲氫產業最后的用氫成本遠大于化石燃料及相關治理排放的費用，而且用氫時的能源效率并沒有抵消制氫-儲氫時的能耗排放，因此目前這種上述技術是極為不合理的。

實用新型內容

根據上述提出現有的制氫過程存在污染排放量大、耗電量高等環境經濟問題，氫氣制造后的儲運較復雜而且極其昂貴的技術問題，而提供一種基于液氨載氫-制氫的能量儲存及轉換系統。本實用新型以氫化物儲運為開端制氫為終端，打破了傳統方法先制氫后儲運的復雜過程和極高成本，本實用新型以富氫物液氨(單位質量儲氫量17.6％)為儲氫載體，突破了傳統電解水(11.1％)，甲醇水蒸氣重整(12.4％)、有機氫化物水解(5.2～8.6％)等載氫體系；通過液氨氣化，氨氣預熱、加熱，催化分解以及最后的氫氣純化等步奏，通過一系列能量轉換過程不僅能有效經濟的儲運富氫介質及現場制造純化率99.9％以上的氫氣，而且利用集成換熱網絡回收該過程冷量和廢熱以減少制氫能耗，同時還兼顧了廢氣無污染，結構緊湊，滿足了現場加氫站以及相關化工設備開車時的氫需求。

本實用新型采用的技術手段如下：

一種基于液氨載氫-制氫的能量儲存及轉換系統，包括：