CN100590344C - 一种氢气的安全和经济的输运方法 - Google Patents
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Abstract
一种氢气的氨输运方法,将氢气通过制氨方法转换成液氨或氨水,从产地到用户输运液氨或氨水,在终端用户前再将液氨或氨水转换为氢气。该方法运输效率高,能耗少,安全经济。
Description
技术领域
本发明属于能源动力工程和化学工程领域,涉及氢经济氢能的输运方法。
背景技术
为了摆脱对石油的过度依赖,寻求能源多样化,氢能源经济呼之欲出。发展氢能经济的好处是可以大量利用国内资源,包括煤炭、天然气以及核能等进行生产,不需要像石油一样依赖进口。
但是氢并非单独存在,它必须从其他物质中被分离出来,而分离氢气的大笔成本是氢能经济的最大问题之一;发展氢能经济的另一项挑战是安全问题,因为氢气无色无味,它的火焰肉眼看不见;其次,氢的储存和运输是最大问题,我国“十五”期间“863”计划结束时的重量储氢密度目标是2.2%,而这个目标在氢能车上的实用性差,因为携带1千克氢很可能需要约50千克载氢的吸附物质。1立方米的液氢只有约70千克,虽然氢气很轻,但其能量密度很高,作为车用能源只有液氢能达到在氢能车上使用的能量密度指标。
针对氢经济的主要问题之一“氢气的储存和运输”,目前采用的金属氢化物储氢率太低,高压罐储氢耗能太高,安全上也有问题,同时,其充氢基础设施投资巨大,因此,本发明提出一种氢气的安全和经济的输运方法。
发明内容
根据现有技术中,金属氢化物和高压罐储气效率不高、价格昂贵的缺点,本发明提出了一种氢气的氨输运方法,将氢气转换成液氨或氨水,从产地到用户,使输运氢气转变为输运液氨或氨水,在终端用户前再将液氨或氨水转换为氢气。
氢气的氨输运方法如图1所示,其过程包括四个步骤:
(1)利用燃料制氢气,如油/煤气化、从焦炉煤气分离出氢气,或者利用生化/生物的方法来自然地制氢气,或者利用风力/太阳能/核能从水中分离氢气等;
(2)利用合成氨装置将氢气转化成氨;
(3)将液氨或浓度为40~60%的氨水通过密封储运车或者密封耐腐蚀的运输管道,在异地之间输送;
(4)在目的地或终端用户处,利用氨制氢装置将氨转化成氢气;
(5)纯度为98.5-99.999%的氢气通过密封管路,输送进入氢气使用装置。
如上所述的方法,其中制氨原料可以是天然气、油、煤和生物质等,制氢能源可以是风能、太阳能和核能等。
如上所述的方法,其中制氨装置可以为现有技术中通用的装置,制氨的工艺条件与现有技术相同。
如上所述的方法,其中输运氨可以采用密封管道,也可以采用目前通用的液氨储运车或槽罐车。
如上所述的方法,其中的氨制氢装置包括:氨供应系统、加热气化系统、催化裂化反应器以及变压吸附装置等。其可以是大型的氨分解制氢装置,也可以是小型的氢气发生器。制氢催化剂可以是镍基、铑基、铼基、钌基或铁基催化剂。
如上所述的方法,其中氢的氨输运系统需采用耐热和耐腐蚀的材料制造。
由于采用了上述方法,极大的提高了氢气输运的安全性和可靠性。氨的氢气输运能力分别是金属氢化物和高压罐最大氢气输运能力(约7%)的1.3倍(50%氨水)和2.5倍(液氨)。该值是由理论计算得到的。
附图说明
图1是氢气的氨输运方法示意图。
图2是基于氨的氢气发生过程示意图。
具体实施方式
如图1-2所示,如由焦炉煤气分离得到的氢气,经过纯化和分离处理,与一定比例的氮气混合输入现有技术中通用的合成氨装置,在700℃和500个大气压下、在铁触媒的作用下合成氨。然后将液氨或浓度为30-50%的氨水通过槽罐车或者密封耐腐蚀的运输管道,在异地之间输送。运达目的地以后,氨进入氢气发生站的制氢装置。如通过包含钌催化剂的氨分解反应器,加热装置加热到700℃时候,分解出氮气和氢气,得到的混合气体通过气体分离室,经由氮气吸附装置,分离氮气后可得到纯度高于90%的氢气,随后再进入氢纯化装置,得到纯度98.5-99.999%的氢气。在此运输过程中,氢气的运输效率为8.6%(50%氨水)~17.6%(液氨)。
如上所述的方法,氨制氢与氢气使用装置可以有效集成,将得到的氢气立即转换使用。
Claims (7)
1.一种氢气的安全和经济的输运方法,其包括如下步骤:
(1)制氢气过程,包括油/煤气化、从焦炉煤气分离出氢气,或者利用生化/生物的方法制氢,或者利用风力/太阳能/核能从水中分离氢气;
(2)利用合成氨装置将氢气转化成氨;
(3)将液氨或浓度为40~60%的氨水通过密封储运车或者密封耐腐蚀的运输管道,在异地之间输送;
(4)在目的地或终端用户处,利用氨制氢装置将氨转化成氢气;
(5)纯度达到98.5-99.999%的氢气通过密封管路,输送进入氢气使用装置。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述制氨原料包括天然气、油、煤和生物质,制氢能源包括风能、太阳能和核能。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述输运氨可以采用密封管道,也可以采用目前通用的液氨储运车或槽罐车。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述氨制氢装置包括:氨供应系统、加热气化系统、催化裂化反应器以及变压吸附装置。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于:所述氨制氢装置可以是大型的氨分解制氢装置,也可以是小型的氢气发生器。
6.如权利要求4所述的方法,其特征在于:所述催化裂化反应器中使用的金属催化剂可以是镍基、铑基、铼基、钌基或铁基催化剂。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述氢的氨输运系统采用耐热和耐腐蚀的材料制造。
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