FR2915986A1

FR2915986A1 - Device, useful to produce hydrogen gas from ammonia, comprises ammonia feeder, chamber for dissociation of ammonia, chamber for separation of gas, circuit for gas recycling, circuit for distribution of the hydrogen and nitrogen mixture

Info

Publication number: FR2915986A1
Application number: FR0703326A
Authority: FR
Inventors: Jean Charles Gergele
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2008-11-14

Abstract

Device for producing hydrogen gas from ammonia, comprises an ammonia feeder, a chamber for dissociation of ammonia, a chamber for separation of gas obtained from the dissociation chamber (5), a circuit for recycling of gas, a circuit for distribution of the hydrogen and nitrogen mixture, where: the ammonia dissociation chamber contains catalysts (50), and contains a heat source, heaters supplied with electricity, positioned within or outside the chamber, for starting the installation; and the dissociation chamber is fixed to the separation chamber. Device for producing hydrogen gas from ammonia, comprises an ammonia feeder, a chamber for dissociation of ammonia, a chamber for separation of gas obtained from the dissociation chamber (5), a circuit for recycling of gas, a circuit for distribution of the hydrogen and nitrogen mixture, where the feeding in ammonia of the device is controlled by the hydrogen flow measured at the outlet of the device, the ammonia dissociation chamber contains one of the catalysts (50) for chemical equilibrium (1 mole of nitrogen and 3 moles of hydrogen to give 2 moles of ammonia) for the synthesis and decomposition of ammonia, and contains a heat source, heaters supplied with electricity, positioned within or outside the chamber, for starting the installation, the heat source is used to raise the temperature for dissociation chamber to a suitable temperature, preferably greater than 460[deg] K, caloric intake of the heat source ceasing the production of sufficient hydrogen once, heat necessary for dissociation of ammonia molecules are supplied through the distribution circuit of hydrogen and nitrogen mixture produced by the combustion of a part of the hydrogen in a gas burner or similar device, which is laid in the dissociation chamber, the dissociation chamber is fixed to the separation chamber, the chamber containing water, which is intended to dissolve the residual ammonia, water of the separation chamber is usually cooled, the water contained in the separation chamber, which is filled in non-decomposed ammonia, nitrogen and dissolved hydrogen, and water is recycled through the recycling circuit in chamber for dissociation for the decomposition of residual ammonia, which is present in the chamber.

Description

1 La présente invention concerne un dispositif permettant dissocier laThe present invention relates to a device for dissociating the

molécule d'ammoniac pour produire du gaz hydrogène, afin de l'utiliser facilement comme carburant pour la production de chaleur, pour animer un moteur à combustion interne ou pour produire de l'électricité au moyen d'une pile à combustible ou pour tout autre usage. L'hydrogène, du fait de ses propriétés physico-chimiques et thermiques apparaît aujourd'hui comme le combustible du futur. De nombreuses études montrent qu'il est appelé à se substituer progressivement aux énergies fossiles que sont le pétrole et le charbon. II peut en effet être produit en grande quantité à partir de l'électrolyse de l'eau, l'électricité nécessaire à cette opération pouvant être abondamment fournie par des centrales nucléaires, des barrages hydro-électriques ou plus modestement par des éoliennes, observation faite que l'un ou l'autre moyen n'émette aucun gaz à effet de serre. Parallèlement, la combustion de l'hydrogène dans l'oxygène de l'air restitue uniquement l'eau utilisée pour sa production. Au total, c'est un combustible propre et non polluant, dont la matière première, l'eau, disponible en quantité quasi illimitée, est entièrement restituée lors de l'utilisation dudit combustible. Par ailleurs, c'est un gaz très énergétique: sa combustion dans l'oxygène produit 121 220 kJ par kilogramme d'hydrogène consommé. A titre de comparaison la combustion d'un kilogramme d'octane produit 45 000 kJ. Un des principaux problèmes qui reste à régler pour en permettre un usage aisé est en fait son stockage et sa distribution. Le développement de son utilisation comme carburant implique, du fait de sa très faible densité, un stockage et une distribution sous très haute pression. Le niveau de pression requis, plusieurs centaines de bars, augmente par ailleurs la très grande capacité de l'hydrogène à diffuser à travers les matériaux composant les réservoirs de stockage, ce qui induit finalement de fortes pertes énergétiques et grève lourdement le coût de revient global. Dans ces conditions, de nombreuses voies alternatives de stockage sont actuellement à l'étude. La présente invention s'appuie sur une solution existante aujourd'hui et bien maîtrisée: il s'agit d'utiliser l'ammoniac, en raison des caractéristiques physico-chimiques particulières et bien connues de ce gaz, comme vecteur de l'hydrogène. Tout d'abord, la production de l'ammoniac à partir d'hydrogène est très courante et bien au point depuis environ un siècle. A noter que la synthèse du gaz ammoniac à partir de l'hydrogène et de l'azote, en présence d'un catalyseur adéquat, n'implique pas d'atteindre des niveaux de pression plus élevés que ceux requis pour le transport et la distribution d'hydrogène pur. Par ailleurs, la synthèse, étant exothermique, ne nécessite pas d'apport de chaleur. Parallèlement, le stockage, le transport et la distribution de l'ammoniac sont, aujourd'hui, parfaitement maîtrisés. En effet, si les fuites possibles de gaz ammoniac pendant le stockage et le transport présentent un caractère très désagréable, voire dangereux, il convient de souligner que les risques encourus ne sont pas supérieurs à ceux que soulèvent le stockage et le transport de tous les gaz combustibles, ils sont d'un autre ordre. ammonia molecule to produce hydrogen gas for easy use as a fuel for heat generation, to drive an internal combustion engine or to generate electricity by means of a fuel cell or for any other purpose use. Hydrogen, because of its physicochemical and thermal properties, appears today as the fuel of the future. Many studies show that it is called to gradually replace fossil fuels such as oil and coal. It can indeed be produced in large quantities from the electrolysis of water, electricity required for this operation can be abundantly provided by nuclear power plants, hydroelectric dams or more modestly by wind turbines, observation made that either means emits no greenhouse gases. At the same time, the combustion of hydrogen in the oxygen of the air restores only the water used for its production. In total, it is a clean and non-polluting fuel, whose raw material, water, available in almost unlimited quantity, is fully restored when using the fuel. In addition, it is a very energetic gas: its combustion in oxygen produces 121 220 kJ per kilogram of hydrogen consumed. For comparison, burning one kilogram of octane produces 45,000 kJ. One of the main problems that remains to be resolved to allow easy use is in fact its storage and distribution. The development of its use as fuel implies, because of its very low density, storage and distribution under very high pressure. The required pressure level, several hundreds of bars, also increases the very large capacity of hydrogen to diffuse through the materials that make up the storage tanks, which ultimately leads to high energy losses and weighs heavily on the overall cost price. . Under these conditions, many alternative storage routes are currently under study. The present invention is based on a solution that exists today and well controlled: it is a question of using ammonia, because of the particular and well-known physico-chemical characteristics of this gas, as vector of hydrogen. First, the production of ammonia from hydrogen is very common and well developed for about a century. It should be noted that the synthesis of ammonia gas from hydrogen and nitrogen, in the presence of a suitable catalyst, does not imply to reach higher pressure levels than those required for transport and distribution pure hydrogen. Moreover, the synthesis, being exothermic, does not require heat input. At the same time, the storage, transport and distribution of ammonia are now perfectly controlled. While the possible leakage of ammonia gas during storage and transport is very unpleasant or even dangerous, it should be emphasized that the risks involved are not greater than those posed by the storage and transport of all gases. fuels, they are of another order.

Comme pour ces gaz, il faut prévoir des matériels de transport et distribution parfaitement étanches, capables de résister à des chocs accidentels. Ces matériels aujourd'hui existent. A noter que des matériels similaires existent dans le cas de la distribution du butane et du propane, largement diffusée et pour laquelle les risques, comme pour le transport de l'ammoniac, sont aujourd'hui sous contrôle. A noter parallèlement que le gaz ammoniac se liquéfie facilement et que son transport se fait sous des pressions de quelques dizaines de bars, par exemple 18 bars à 20 C de température ambiante, à comparer aux quelques centaines de bars requis pour le transport de l'hydrogène. Transporter l'hydrogène sous forme de gaz ammoniac liquéfié est donc tout à fait possible. As for these gases, it is necessary to provide transport equipment and distribution perfectly sealed, able to withstand accidental shocks. These materials today exist. Note that similar equipment exists in the case of distribution of butane and propane, widely distributed and for which the risks, as for the transport of ammonia, are now under control. It should be noted in parallel that the ammonia gas is easily liquefied and that its transport is under pressures of a few tens of bars, for example 18 bars at 20 C ambient temperature, compared to the few hundred bars required for the transport of the hydrogen. Carrying hydrogen in the form of liquefied ammonia gas is therefore quite possible.

Mais le gaz ammoniac présente aussi une propriété physique très intéressante: il est très soluble dans l'eau. II se combine avec l'eau en formant une solution faiblement basique, l'ammoniaque, chaque litre d'eau pouvant absorber plus de 700 litres de gaz à la température ambiante et à la pression atmosphérique. Si l'on observe que chaque mole d'ammoniac contient une mole et demi d'hydrogène, une telle dissolution dans l'eau est approximativement équivalente au stockage de l'hydrogène sous une pression supérieure à 1000 bars. II est donc aussi possible de transporter de grands volumes d'hydrogène par le biais de l'ammoniaque, la solution aqueuse du gaz ammoniac. L'ammoniac, soit sous forme de gaz liquéfié sous pression faible de quelques dizaines de bars, soit sous forme de solution aqueuse est donc utilisable comme moyen de stocker et distribuer aisément le gaz hydrogène. Dans les deux cas, il faut dissocier la molécule d'ammoniac pour être en mesure d'utiliser l'hydrogène qu'elle contient. Selon l'invention, cela peut être fait de façon simple et économique en chauffant le gaz ammoniac à une température d'au moins 460 K en présence d'un catalyseur, lequel peut, au demeurant, être le même 3 que celui servant à la synthèse dudit gaz. Le plus simple des catalyseurs est le fer additionné d'alumine et d'oxyde de potassium. Mais d'autres catalyseurs existent et sont utilisés industriellement. La chaleur de décomposition de l'ammoniac en azote et hydrogène est de 2 705 kJ par Kg d'ammoniac, soit 15 327 kJ par kg d'hydrogène produit. Ce chiffre est à comparer aux 121 220 kJ que fournira en se consumant dans l'oxygène de l'air le kilogramme d'hydrogène obtenu. A noter que, pour être rigoureux, il faut ajouter aux 2 705 kJ ci-dessus, la chaleur nécessaire pour élever la température du gaz ammoniac ainsi que la chaleur de vaporisation dudit gaz. De même, si l'on part de la solution aqueuse NH4OH du gaz ammoniac, il faut ajouter l'énergie nécessaire à l'élévation de la température de l'eau pour obtenir la libération du gaz ammoniac, la chaleur de vaporisation d'une partie de l'eau et l'énergie nécessaire à l'augmentation de la température de la vapeur obtenue. Le tableau ci-après récapitule le bilan énergétique dans les deux cas: Kilo Joules Q 1 Q2 Q3 Q4 Chaleur libérée parla Production à partir de NH3 combustion dans l'air d'un Pour 1 kg de gaz NH3 1 371 382 2 705 4 457 KG d'hydrogène Pour produire 1 kg d'H2 7 769 2 162 15 327 25 258 121 220 Production à partir de NH4OH [7001 de NH3/litre d'eau] Pour 1 kg de gaz NH3 4 018 472 2 705 7 195 Pour produire 1 kg d'H2 22 771 2 672 15 327 40 770 121 220 Q 1: Quantité de chaleur nécessaire pour vaporiser NH3 25 Q2: Quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de 20 C à 200 C Q3: Quantité de chaleur nécessaire pour dissocier NH3 en N2 + H2 Q4: Dépense totale de chaleur. La présente invention concerne un dispositif permettant de produire du gaz hydrogène à partir d'ammoniac comprenant une alimentation en ammoniac, une 30 chambre de dissociation de l'ammoniac, une chambre de séparation des gaz issus de la chambre de dissociation, un circuit de recyclage desdits gaz, un circuit de distribution du mélange hydrogène et azote permettant d'utiliser une partie de l'hydrogène produit comme combustible pour maintenir la température de la chambre de dissociation à un niveau convenable, l'alimentation en ammoniac du dispositif 35 étant régulée par le flux d'hydrogène mesuré à la sortie du dispositif. 20 4 Selon l'invention, la chaleur nécessaire à la décomposition de l'ammoniac en présence d'un catalyseur, au démarrage du cycle de production de l'hydrogène, est fournie par effet joule : le catalyseur, un des catalyseurs connus de l'équilibre chimique N2 + 3 H2 2 NH3 de la synthèse et décomposition de l'ammoniac, est enfermé dans un récipient clos, dit chambre de dissociation, comportant une arrivée d'ammoniac et une évacuation pour le mélange gazeux de sortie, constitué d'ammoniac non encore décomposé, d'azote, le cas échéant de vapeur d'eau et, évidemment, d'hydrogène, le produit recherché, observation faite que ladite chambre de dissociation est dotée de résistances chauffantes alimentées en électricité et positionnées soit à l'intérieur de celle-ci, soit à l'extérieur; lesdites résistantes sont destinées à élever la température de la chambre de dissociation à une température convenable, le plus souvent supérieure à 460 K, pour que la molécule d'ammoniac se décompose avec une cinétique suffisante, lesdites résistances chauffantes étant généralement pilotées par un dispositif connu d'asservissement en température, relié à au moins un thermocouple, ou thermomètre, fixé dans la chambre de dissociation et garantissant que la température est suffisante sans être excessive! Dans une variante de l'invention les résistances chauffantes sont remplacées par une source de chaleur produite par la combustion d'un gaz, d'un dérivé du pétrole, voire de bois ou de charbon, ou par la combustion directe de l'ammoniac, observation faite que de telles combustions annexes, toutes régulées en température à l'aide de dispositifs connus, combustions polluantes par nature, ne seront nécessaires, tout comme l'usage des résistantes chauffantes, qu'à la mise en route de l'installation. But ammonia gas also has a very interesting physical property: it is very soluble in water. It combines with water forming a weakly basic solution, ammonia, each liter of water can absorb more than 700 liters of gas at room temperature and atmospheric pressure. If it is observed that each mole of ammonia contains one and a half moles of hydrogen, such a dissolution in water is approximately equivalent to the storage of hydrogen under a pressure greater than 1000 bars. It is therefore also possible to transport large volumes of hydrogen through ammonia, the aqueous solution of ammonia gas. Ammonia, either in the form of liquefied gas under low pressure of a few tens of bars, or in the form of an aqueous solution is therefore usable as a means of storing and easily distributing the hydrogen gas. In both cases, it is necessary to dissociate the molecule of ammonia to be able to use the hydrogen it contains. According to the invention, this can be done simply and economically by heating the ammonia gas to a temperature of at least 460 K in the presence of a catalyst, which can, moreover, be the same as that used for synthesis of said gas. The simplest of the catalysts is iron supplemented with alumina and potassium oxide. But other catalysts exist and are used industrially. The heat of decomposition of ammonia into nitrogen and hydrogen is 2705 kJ per kg of ammonia or 15,327 kJ per kg of hydrogen produced. This figure is to be compared to the 121,220 kJ that will be supplied by burning up in the oxygen of the air the kilogram of hydrogen obtained. Note that, to be rigorous, must be added to 2,705 kJ above, the heat required to raise the temperature of the ammonia gas and the heat of vaporization of said gas. Similarly, if we start from the NH4OH aqueous solution of ammonia gas, we must add the energy required to raise the temperature of the water to obtain the release of ammonia gas, the heat of vaporization of a part of the water and the energy required to increase the temperature of the steam obtained. The following table summarizes the energy balance in the two cases: Kilo Joules Q 1 Q2 Q3 Q4 Heat liberated by Production from NH3 combustion in the air of 1 kg of NH3 gas 1 371 382 2 705 4 457 Hydrogen KG To produce 1 kg of H2 7 769 2 162 15 327 25 258 121 220 Production from NH4OH [7001 NH3 / liter of water] For 1 kg of NH3 gas 4 018 472 2 705 7 195 produce 1 kg of H2 22 771 2 672 15 327 40 770 121 220 Q 1: Amount of heat required to vaporize NH3 Q2: Amount of heat required to raise the temperature from 20 C to 200 C Q3: Amount of heat required to dissociate NH3 to N2 + H2 Q4: Total heat expenditure. The present invention relates to a device for producing hydrogen gas from ammonia comprising an ammonia feed, an ammonia dissociation chamber, a separation chamber of gases from the dissociation chamber, a recycling circuit. said gas, a hydrogen and nitrogen mixture distribution circuit for utilizing a portion of the hydrogen produced as a fuel to maintain the temperature of the dissociation chamber at a suitable level, the ammonia supply of the device being regulated by the hydrogen flow measured at the exit of the device. According to the invention, the heat necessary for the decomposition of ammonia in the presence of a catalyst, at the start of the hydrogen production cycle, is provided by Joule effect: the catalyst, one of the known catalysts of the chemical equilibrium N2 + 3 H2 2 NH3 of the synthesis and decomposition of ammonia, is enclosed in a closed vessel, called dissociation chamber, comprising an ammonia inlet and a discharge for the gas mixture outlet, consisting of ammonia not yet decomposed, nitrogen, if any water vapor and, obviously, hydrogen, the desired product, observation made that said dissociation chamber is provided with heating resistors supplied with electricity and positioned either at the inside of it, either outside; said resistors are intended to raise the temperature of the dissociation chamber to a suitable temperature, most often higher than 460 K, so that the ammonia molecule decomposes with sufficient kinetics, said heating resistances being generally controlled by a known device temperature control connected to at least one thermocouple, or thermometer, fixed in the dissociation chamber and ensuring that the temperature is sufficient without being excessive! In a variant of the invention the heating resistances are replaced by a heat source produced by the combustion of a gas, a petroleum derivative, or even wood or coal, or by the direct combustion of ammonia, observation made that such additional combustions, all regulated in temperature using known devices, polluting combustions by nature, will be necessary, as the use of heating resistor, at the start of the installation.

En effet, selon l'invention, une fois la production d'hydrogène suffisante, c'est-à-dire une fois que le cycle de production d'hydrogène a atteint le régime souhaité, alors l'alimentation en électricité desdites résistantes chauffantes peut cesser, la chaleur nécessaire à la dissociation des molécules d'ammoniac étant fournie par la combustion, elle aussi régulée en température, d'une partie, le plus souvent inférieure à 25%, de l'hydrogène produit, dans au moins un brûleur à gaz, ou dispositif similaire, disposé le plus souvent sous la chambre de dissociation. Dans le cas où l'utilisation prévue de l'hydrogène produit est par exemple l'alimentation d'un moteur à combustion interne ou d'une chaudière de chauffage centrale, alors, selon l'invention, une fois que le cycle de production a atteint le régime souhaité, il est prévu de récupérer toute la chaleur nécessaire à la dissociation des molécules d'ammoniac ou une partie de celle-ci, dans le flux des gaz d'échappement du moteur ou des gaz évacués dans la conduit de la cheminée de la chaudière. II convient de souligner que dans le cas d'un moteur à combustion interne, le rendement thermique est le plus souvent très inférieur à 50% et que, de ce fait, 5 l'énergie nécessaire à la production d'hydrogène à partir d'ammoniac ou de la solution aqueuse dudit gaz, pourra être fournie entièrement et presque gratuitement par les gaz d'échappement. Selon l'invention, il est prévu un dispositif de séparation et de recyclage des gaz chauds récupérés à la sortie de la chambre de dissociation, soit de l'hydrogène, le gaz recherché, de l'azote, de l'ammoniac résiduel non décomposé et de la vapeur d'eau, sa présence étant expliquée ci-après. C'est pourquoi, selon l'invention, ces gaz chauds, issus de ladite chambre de dissociation sont envoyés dans une autre chambre, dite chambre de séparation, contenant de l'eau, laquelle est destinée à dissoudre l'ammoniac résiduel. A noter que selon l'invention, le circuit de barbotage imposé aux gaz concernés dans l'eau est le plus long possible pour permettre la dissolution dans l'eau de tout l'ammoniac résiduel, et que l'eau de ladite chambre de séparation est le plus souvent refroidie, à l'aide d'un radiateur ramenant sa température au voisinage de celle de l'air ambiant, pour une meilleure efficacité du système. A noter également que, selon l'invention, les pressions des gaz dans la chambre de dissociation et dans la chambre de séparation sont régulées et l'eau contenue dans la chambre de séparation, dès lors chargée en ammoniac non décomposé, en azote et aussi en hydrogène, est recyclée, via le circuit de recyclage, dans la chambre de dissociation pour permettre la décomposition de l'ammoniac résiduel qu'elle contient, ce recyclage expliquant la présence de vapeur d'eau dans les gaz issus de la chambre de dissociation. Dans des variantes du dispositif selon l'invention, un produit capable d'adsorber ou d'absorber l'ammoniac est disposé dans la chambre de séparation, par exemple du chlorure de calcium. Dans d'autres variantes, un filtre ne laissant pas passer les relativement grosses molécules d'ammoniac, mais seulement celles d'hydrogène et d'azote est installé à la sortie de la chambre de séparation. Selon l'invention, grâce au circuit de distribution, une fraction de l'hydrogène produit et récupéré à la sortie de la chambre de séparation peut, le cas échéant, être utilisée comme combustible pour maintenir la température de la chambre de dissociation à un niveau convenable. 6 A noter enfin, que le flux de sortie de l'hydrogène issu de la chambre de séparation est utilisé pour piloter le flux d'alimentation en ammoniac de la chambre de dissociation, ce résultat étant obtenu avec des mécanismes, capteurs de pression, capteurs de débit, asservissements, existants et connus. Indeed, according to the invention, once the production of hydrogen is sufficient, that is to say once the hydrogen production cycle has reached the desired regime, then the power supply of said heating resistor can cease, the heat necessary for the dissociation of the ammonia molecules being provided by the combustion, also temperature-controlled, of a part, usually less than 25%, of the hydrogen produced, in at least one burner to gas, or similar device, arranged most often under the dissociation chamber. In the case where the intended use of the hydrogen produced is for example the supply of an internal combustion engine or a central heating boiler, then, according to the invention, once the production cycle has reached the desired regime, it is expected to recover all the heat necessary for the dissociation of the ammonia molecules or a part thereof, in the flow of engine exhaust gas or gases discharged into the conduit of the chimney of the boiler. It should be emphasized that in the case of an internal combustion engine, the thermal efficiency is most often very much less than 50% and that, therefore, the energy required for the production of hydrogen from ammonia or the aqueous solution of said gas, can be provided entirely and almost free of exhaust. According to the invention, there is provided a device for separating and recycling the hot gases recovered at the outlet of the dissociation chamber, namely hydrogen, the desired gas, nitrogen, undecomposed residual ammonia. and water vapor, its presence being explained below. Therefore, according to the invention, these hot gases from said dissociation chamber are sent to another chamber, called separation chamber, containing water, which is intended to dissolve the residual ammonia. It should be noted that according to the invention, the bubbling circuit imposed on the gases concerned in the water is as long as possible to allow the dissolution in water of all the residual ammonia, and that the water of said separation chamber is most often cooled, using a radiator bringing its temperature close to that of the ambient air, for a better efficiency of the system. It should also be noted that, according to the invention, the pressures of the gases in the dissociation chamber and in the separation chamber are regulated and the water contained in the separation chamber, which is then loaded with undecomposed ammonia, into nitrogen and also hydrogen, is recycled, via the recycling circuit, into the dissociation chamber to allow the decomposition of the residual ammonia it contains, this recycling explaining the presence of water vapor in the gases from the dissociation chamber . In variants of the device according to the invention, a product capable of adsorbing or absorbing ammonia is placed in the separation chamber, for example calcium chloride. In other variants, a filter does not let the relatively large molecules of ammonia, but only those of hydrogen and nitrogen is installed at the outlet of the separation chamber. According to the invention, thanks to the distribution circuit, a fraction of the hydrogen produced and recovered at the outlet of the separation chamber can, if necessary, be used as fuel to maintain the temperature of the dissociation chamber at a level of suitable. Finally, note that the hydrogen output stream from the separation chamber is used to control the ammonia feed flow of the dissociation chamber, this result being obtained with mechanisms, pressure sensors, sensors debit, servo, existing and known.

Il convient de faire remarquer qu'un tel dispositif peut également fonctionner à partir d'une solution d'ammoniaque, solution aqueuse de l'ammoniac. L'exemple de la planche 1/1 permet une meilleure compréhension du fonctionnement d'un dispositif selon l'invention: il est constitué d'une enceinte fermée en acier inoxydable servant de chambre de dissociation (5), vue en coupe sur la planche 1/1, contenant environ 20 kg de catalyseur (50), ici des billes de fer additionné d'alumine et d'oxyde de potassium, comportant des résistances chauffantes (54), permettant l'amorçage du cycle de décomposition de l'ammoniac en portant la température et en la maintenant à environ 250 C (523 K), l'enceinte étant alimentée par une arrivée (51) d'ammoniac sous une pression régulée d'environ 20 bars. L'ammoniac liquide (10) provient d'une cuve (1) sous pression, il est acheminé à une pompe (2) et à une électrovanne trois voies (3) par une tubulure (100), avec un retour (300) à la cuve (1), permettant de maintenir constante la pression dans une enceinte plus petite (4) reliée à l'arrivée (51) dans la chambre de dissociation (5) par la tubulure (400). La pression dans l'enceinte (4) est ajustée, en agissant sur le débit de la pompe (2) et sur le taux de retour à la cuve géré par la vanne (3), pour que le débit de sortie de l'hydrogène du dispositif selon l'invention par la tubulure (800) soit celui recherché. Par souci de clarté du dessin, les capteurs de pression, les débitmètres et les circuits électriques, électroniques et informatiques les reliant entre eux ne sont pas représentés sur la planche 1/1. It should be noted that such a device can also operate from a solution of ammonia, aqueous solution of ammonia. The example of the plate 1/1 allows a better understanding of the operation of a device according to the invention: it consists of a closed chamber made of stainless steel dissociation chamber (5), sectional view on the board 1/1, containing about 20 kg of catalyst (50), here iron beads supplemented with alumina and potassium oxide, comprising heating resistors (54), allowing the initiation of the decomposition cycle of ammonia by raising the temperature and maintaining it at about 250 ° C (523 K), the enclosure being supplied by an inlet (51) of ammonia under a regulated pressure of about 20 bars. The liquid ammonia (10) comes from a tank (1) under pressure, it is conveyed to a pump (2) and a three-way solenoid valve (3) by a pipe (100), with a return (300) to the tank (1), for maintaining constant pressure in a smaller chamber (4) connected to the inlet (51) in the dissociation chamber (5) by the tubing (400). The pressure in the chamber (4) is adjusted, by acting on the flow rate of the pump (2) and on the rate of return to the tank managed by the valve (3), so that the output flow of the hydrogen of the device according to the invention by the tubing (800) is that sought. For the sake of clarity of the drawing, the pressure sensors, the flow meters and the electrical, electronic and computer circuits connecting them to each other are not shown on the plate 1/1.

L'ammoniac en partie décomposé en hydrogène et azote sort de la chambre de dissociation (5) par l'orifice (53) relié à la chambre de séparation (6) par la tubulure (500). Le mélange gazeux (61) arrivant dans la chambre de séparation, traverse en barbotant toutes les chicanes, non représentées sur la planche 1/1, immergées dans l'eau (60) de ladite chambre, permettant une dissolution complète de l'ammoniac non décomposé dans l'eau refroidie par le radiateur (65) de cette chambre de séparation, de telle sorte qu'en partie haute de ladite chambre, ne se retrouve qu'un mélange d'hydrogène et d'azote. Dans certaines variantes du dispositif selon l'invention, l'élimination de toute trace d'ammoniac est assuré par un filtre supplémentaire (64), ne laissant pas passer les relativement grosses molécules d'ammoniac, mais seulement les molécules d'hydrogène et celles d'azote. Ammonia partially decomposed into hydrogen and nitrogen leaves the dissociation chamber (5) through the orifice (53) connected to the separation chamber (6) by the tubing (500). The gaseous mixture (61) arriving in the separation chamber, passes through all the baffles, not shown on the plate 1/1, immersed in the water (60) of said chamber, allowing a complete dissolution of the ammonia not decomposed in the water cooled by the radiator (65) of the separation chamber, so that in the upper part of said chamber, is found only a mixture of hydrogen and nitrogen. In certain variants of the device according to the invention, the elimination of any trace of ammonia is ensured by an additional filter (64), not letting the relatively large ammonia molecules pass, but only the molecules of hydrogen and those nitrogen.

7 Dans tous les cas, le mélange gazeux (63) délivré par le dispositif selon l'invention n'est constitué que d'hydrogène additionné d'azote, dans une proportion voisine d'une mole d'azote pour trois moles d'hydrogène. A noter que l'idée de base gouvernant les choix techniques est d'éviter la combustion de molécules d'ammoniac, laquelle est susceptible de dégager des oxydes d'azote NOx. L'eau (60), chargée en ammoniac, issue de la chambre de séparation est recyclée dans la chambre de dissociation grâce à la tubulure (700) sur laquelle est installée la pompe (7) dont le débit est, lui aussi, piloté par le débit de sortie de l'hydrogène du dispositif selon l'invention, par la tubulure (800), de telle sorte que le mélange gazeux (61) arrivant dans la chambre de séparation (6) contient aussi de la vapeur d'eau, laquelle repasse à la phase liquide lors du barbotage dudit mélange gazeux dans la chambre de séparation. Dans l'exemple de la planche 1/1 le mélange gazeux (63) d'azote et d'hydrogène issu de la chambre de séparation (6) est acheminé à une électrovanne trois voies (8) par la tubulure (600), la tubulure (810) permettant d'alimenter en hydrogène un brûleur de gaz (900) destiné à maintenir la température de la chambre de dissociation à une valeur correcte, la tubulure (800) conduisant l'hydrogène et l'azote produits par le dispositif selon l'invention vers la destination prévue. Les quatre éléments (8), (600), (810) et (800) constituent le circuit de distribution du mélange hydrogène et azote. Dans des variantes de réalisation, non représentées sur la planche 1/1, un clapet anti-retour est installé sur la tubulure (400), entre l'enceinte (4) et la chambre de dissociation (5), un autre pouvant l'être sur la tubulure (500) entre la chambre de dissociation et la chambre de séparation, une vanne permettant la fermeture du circuit étant le cas échéant installée sur la tubulure (700) du circuit de recyclage. 35In all cases, the gaseous mixture (63) delivered by the device according to the invention consists only of hydrogen supplemented with nitrogen, in a proportion of about one mole of nitrogen per three moles of hydrogen. . Note that the basic idea governing the technical choices is to avoid the combustion of ammonia molecules, which is likely to release nitrogen oxides NOx. The water (60), charged with ammonia, issuing from the separation chamber, is recycled to the dissociation chamber by means of the pipe (700) on which the pump (7), the flow rate of which is also controlled by the outlet flow rate of the hydrogen of the device according to the invention, through the pipe (800), such that the gas mixture (61) arriving in the separation chamber (6) also contains water vapor, which returns to the liquid phase during the bubbling of said gas mixture into the separation chamber. In the example of plate 1/1 the gaseous mixture (63) of nitrogen and hydrogen from the separation chamber (6) is conveyed to a three-way solenoid valve (8) by the tubing (600), the tubing (810) for supplying hydrogen to a gas burner (900) for maintaining the temperature of the dissociation chamber at a correct value, the tubing (800) conducting hydrogen and nitrogen produced by the device according to the invention to the intended destination. The four elements (8), (600), (810) and (800) constitute the distribution circuit of the hydrogen and nitrogen mixture. In alternative embodiments, not shown on the plate 1/1, a non-return valve is installed on the tubing (400), between the chamber (4) and the dissociation chamber (5), another one being able to be on the tubing (500) between the dissociation chamber and the separation chamber, a valve for closing the circuit being optionally installed on the tubing (700) of the recycling circuit. 35

Claims

A device for producing hydrogen gas from ammonia, comprising an ammonia feed, an ammonia dissociation chamber, a separation chamber for gases from the dissociation chamber, a circuit for recycling said gases. , a distribution circuit of the hydrogen and nitrogen mixture, the ammonia supply of the device being regulated by the hydrogen flow measured at the outlet of the device, remarkable in that the ammonia dissociation chamber contains one of the catalysts of the chemical equilibrium N2 + 3 H2 # 2 NH3 of the synthesis and decomposition of ammonia, and is provided with a heat source, in particular electric heating resistors, positioned inside or outside the said chamber, the heat source being intended, at the start of the installation, to raise the temperature of the dissociation chamber to a suitable temperature, most often greater than 460 K, the caloric intake of said heat source ceasing once the hydrogen production is sufficient, the heat necessary for the dissociation of the ammonia molecules then being supplied, thanks to the distribution circuit of the hydrogen and nitrogen mixture produced, by the combustion of a portion of said hydrogen, in at least one gas burner, or similar device, arranged most often under the dissociation chamber, said dissociation chamber being connected to the separation chamber of the gases from the dissociation chamber , said separation chamber containing water, which is intended to dissolve the residual ammonia, the water of said separation chamber being most often cooled, the water contained in the separation chamber, loaded with undecomposed ammonia , in nitrogen and also in dissolved hydrogen, being recycled, thanks to the recycling circuit, into the dissociation chamber to allow the decomposition of ammonia r siduel it contains.

2- Device according to claim (1) remarkable in that it is fed from ammonia, the aqueous solution of ammonia gas.

3- Device according to claims (1) or (2) characterized in that the heat necessary to maintain the temperature of the dissociation chamber to a suitable value is provided at least partially by the energy losses of the machine fed by the hydrogen produced by said device and no longer by the mere combustion of a portion of said hydrogen.

4- Device according to claims (1) or (2) characterized in that the heat source is the combustion of a gas, a petroleum derivative, or even wood or coal, or the direct combustion of ammonia .

5- Device according to claims (1) or (2) remarkable in that a filter allowing only nitrogen and hydrogen to pass is installed at the outlet of the separation chamber.

6. Device according to claims (1) or (2), characterized in that a product capable of adsorbing or absorbing ammonia is disposed in the separation chamber.