KR20230098153A - 암모니아 분해 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저온에서 암모니아 합성 촉매를 사용하는 원료 암모니아 중 물의 전기분해(2), 증발(3), 예열(5) 및 암모니아의 분해(6)를 포함하는, 암모니아를 분해하고, 수소를 생성하며, 전력을 생성하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 암모니아 분해기 상류에서 원료 암모니아 중 물의 전기분해를 포함하는, 암모니아 분해 방법 및 수소 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 전력 생산 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은 효율을 개선하고, 저온 암모니아 분해를 감소시키는 한편 생성된 수소의 전체 수율이 증가된다. 본 발명은 에너지 공급원으로서 및/또는 수소 및 전력 생성을 위해 암모니아를 사용하는 모든 기술 분야와 관련된다.
액체 암모니아는 수소 제조를 위한 중요한 공급원이며, 특히 화석 공급원이 적거나 없는 지역에서 전력 생산을 위한 중요한 에너지 캐리어이다. 에너지 캐리어로서 액체 암모니아는 또한 풍력, 태양광 및 수력 발전과 같은 재생 에너지 기술에 의해 변동하는 전기 생산을 균등화하는 공급원으로 작용할 수 있다.
에너지 캐리어 또는 수소 캐리어로서 암모니아를 사용하기 위해, 암모니아는 연소 엔진/가스 터빈 또는 연료 셀에 직접 이용될 수 있고, 및/또는 수소와 질소로 분해될 수 있다. 분해된 암모니아가 가스 터빈에 공급될 수 있거나, 또는 연료 셀이나 다른 용도를 위해 수소가 회수될 수 있다. 현재 종래의 암모니아는 천연가스의 스팀 개질 또는 석탄 가스화로부터 생산된다. 수소 생성을 위한 물 전기분해에 공급되는 전기로부터 소량의 암모니아가 생성되며, 이러한 제조 방법은 성장이 예상된다. 전형적으로 메이크업 합성가스가 물을 함유하기 때문에 생성된 암모니아도 물을 함유하며, 이것은 일반적으로 금속으로 제조된 저장 탱크 벽의 응력 부식 균열을 물이 방지하기 때문에 암모니아 저장에 편리하다. 메이크업 합성가스가 물을 함유하지 않는다면 생성된 암모니아에 물이 첨가될 것이다.
에너지 캐리어로서 암모니아의 이점은, 예를 들어 천연가스 또는 수소 가스보다 액체 암모니아가 수송 및 저장이 더 용이하다는 것이다. 추가로, 암모니아에 에너지를 저장하는 것은, 예를 들어 수소 또는 배터리보다 더 저렴하다. 수송 요건으로 인해 트레이드 액체 암모니아는 무수물이라고 해도 일반적으로 물을 함유한다. 메이크업 암모니아의 물 함량은 전형적으로 0.2-0.5 wt% 범위이다. 물 전기분해를 통해 물, 공기 및 재생 에너지로부터 생성된 암모니아는 물을 함유하지 않을 것이나, 저장 및 수송 목적을 위해 물이 첨가될 것이다.
암모니아 분해 과정에서 기체상 암모니아가 가역 반응으로 수소와 질소 가스의 혼합물로 해리된다:
반응 (A)는 흡열 반응이며, 암모니아 분해 반응이 진행되도록 유지하기 위해 열이 필요하다.
암모니아 분해에 암모니아 합성 촉매가 사용될 수 있다는 것이 알려져 있다. 그러나 물이나 다른 산소 함유 화합물이 암모니아 합성 촉매를 피독한다는 것도 잘 알려져 있다. 트레이드 액체 암모니아에서 물은 주 화합물이므로, 이들 합성 촉매의 피독은 촉매 성능과 분해 과정의 효과 및 효율에도 영향을 미치는 문제로 간주된다. 이것이 다른 더 비싼 촉매가 암모니아 분해에 통상적으로 사용되는 이유 중 적어도 하나이다.
분해 전에 암모니아로부터 물을 제거하기 위해 사용되는 가장 흔한 방법은 증류이다. 전기분해에 의해 암모니아로부터 물을 제거하는 본 발명의 방법은 산소와 수소로 물을 전기분해하는데 소비된 에너지가 손실되지 않고, 이렇게 생성된 수소가 결국 생성된 수소 가스의 최종 수율에 기여하기 때문에 증류보다 더 효율적이며 효과적이다. 반면 증류에서는 암모니아로부터 물을 분리하는데 소비된 에너지가 전부 손실될 것이다.
US20130266506은 암모니아로부터 수소를 생성하는 방법을 개시하며, 여기서 암모니아 분해 과정은 비교적 저온에서, 바람직하게 400℃ 내지 650℃에서 (도입된 암모니아의 일부와 산소의 반응으로 인한) 암모니아 분해에 필요한 열을 생성하기 위해 산화 촉매를 사용한다. 이것은 암모니아 분해 및 수소 생성에 필요한 촉매량을 감소시키고, 이로써 생산 비용을 감소시키는 것에 관한 것이다. 이 방법은 본 발명의 방법에 대한 대안이 되는 것으로 드러났지만, 비교적 저온에서 암모니아 분해를 수행하기 위해서는 암모니아의 산화와 분해 모두에 여전히 비싼 촉매의 사용이 필요하다.
다른 문헌은 수소 생성 변수를 최적화할 목적으로, 비교적 저온에서, 즉 대략 400℃에서 암모니아의 분해를 위해 상이한 촉매의 사용을 개시한다. 그러나 이들은 비싼 촉매로서 본 발명과 비교했을 때 생산 비용을 증가시킬 것이다. 본 발명의 방법에서 사용된 Fe-기반 암모니아 합성 촉매와 같은 저렴한 촉매를 사용하는 경우, 유사한 효율을 달성하는데 전형적으로 훨씬 더 높은 온도 범위가 필요하다.
증발기(3) 바닥에 축적된 물을 퍼지함으로써 암모니아 분해(5) 전에 암모니아로부터 물을 제거하기 위해, 특히 암모니아 용액을 증발시키기 위해, 물이 암모니아 증발기 바닥으로부터 퍼지될 것이다. 암모니아 증발기로부터 퍼지된 물은 여전히 암모니아를 함유할 것이고(대략 10%), 이 암모니아는 손실되거나 증류 과정에 의해 회수될 것이다. 회수되지 않는다면, 퍼지된 물에서 암모니아 손실은 구입한 암모니아의 물 함량의 10% 정도, 즉 암모니아 공급원료의 총량의 0.02-0.05% 정도일 것이다. 두 번째로, 오염된 퍼지된 물은 안전하게 폐기되어야 한다.
본 발명은 원료 암모니아 중 물의 전기분해(2), 증발(3), 예열(5) 및 암모니아 합성 촉매, 바람직하게 Fe-기반 촉매를 사용하여 300-700℃에서 암모니아의 분해(6)를 포함하는, 암모니아 분해 방법에 관한 것이다.
제2 양태에서, 본 발명은 원료 암모니아 중 물의 전기분해(2), 증발(3), 예열(5) 및 암모니아 합성 촉매, 바람직하게 Fe-기반 촉매를 사용하여 300-700℃에서 암모니아의 분해(6)를 포함하는, 수소 생성 방법에 관한 것이며, 여기서 전기분해(2)에 의해 생성된 수소(i) 및 암모니아 분해(6)로부터 얻어진 수소(ii) 중 적어도 하나는 수소 최종 수율에 기여한다.
제3 양태에서, 본 발명은 기체상 암모니아, 수소 및 질소가, 예를 들어 가스 터빈(10)(도 3)에 공급원료로서 공급되는 전기 생성 방법에 관한 것이며, 여기서 암모니아의 분해(6)는 암모니아 합성 촉매를 사용하여 300-700℃에서 일어나고, 전기분해(2)에 의해 생성된 수소(i) 및 암모니아 분해(6)로부터 얻어진 수소(ii) 중 적어도 하나는 수소 최종 수율에 기여하며, 폐열이 암모니아 증발기(3)에 회수(11)된다.
바람직한 실시형태에서, 수소는 전기분해 및/또는 암모니아 분해에 의해 교대로 생성되는데, 예를 들어 낮 동안은 주로 물의 전기분해에 의해 수소가 얻어질 수 있고, 밤 동안은 주로 암모니아 분해를 통해 수소가 얻어질 수 있다. 또한, 다른 바람직한 실시형태에서, 전기를 생성하기 위해 암모니아의 연소가 사용될 수 있다.
본 발명의 방법은 하기 이점을 제공한다:
- 수소와 산소로 물의 전기분해는 전기분해에 소비된 에너지가 추가로 생성된 수소 가스에 의해 상쇄되기 때문에 암모니아로부터 물을 제거하기 위한 증류보다 더 효율적이다;
- 전기분해 유닛 하류에서 암모니아 증발기로부터의 퍼지가 제한되고 전기분해 유닛에서 처리된다;
- 암모니아 합성 촉매, 바람직하게 Fe-기반 촉매가 비교적 저온에서, 예를 들어 대략 300-700℃, 바람직하게 350-550℃에서 암모니아 분해에 여전히 사용될 수 있고, 이것은 특히 대규모 암모니아 분해 산업 시설 등에서 상당한 양이 필요할 때, 유사한 온도 범위에서 더 높은 효율을 달성하기 위한 커스텀 촉매보다 저렴하다;
- 고온에서 작동할 때 필요한 하이 레벨 등급 재료의 유지관리 비용 및 빈도와 비교하여 작동 온도가 대략 300-700℃일 때 재료 및 시설 비용이 더 낮다. 또한, 저온에서는 회수되는 폐열이 더 적게 생성될 수 있고, 따라서 공정이 저렴하면서 더 효율적이게 될 것이다;
- 본 발명의 방법에 의해 얻어진 분해된 암모니아가 전기 생산을 위한 공급원료로 사용되었을 때 얻어지는 전체 효율은 암모니아 분해에 필요한 에너지가 더 적고 분해기 또는 분해 과정에서 생성되는 폐열도 더 적기 때문에 상당히 높을 것이다;
- 수소의 존재로 인한 Fe-기반 촉매의 보호/연장된 수명. 이것은 특히 암모니아가 철-기반 촉매와 반응하여 질화철 Fe2N 또는 Fe4N을 형성할 수 있기 때문이며, 이 반응은 특히 고온에서, 전형적으로 500℃ 이상에서 순수한 암모니아에서 뚜렷하다. 질화철 형성은 촉매의 물리적 분해를 초래한다. 이것은 또한 촉매 비활성화를 유도할 수 있고, 촉매층을 가로지른 압력 강하를 증가시켜 공정 비용 증가를 초래한다. 따라서, 공정 가스 중의 수소는 질화철 형성을 방해할 것이다. 이러한 고려사항은 반응기 재료에도 유효하며, 수소가 질화로부터 재료를 보호할 것이다.
도 1은 분해 전 암모니아의 전처리를 도시하며, 여기서 물이 전기분해(2)된다.
도 2는 본 발명의 방법을 나타낸다. 암모니아 분해기에서 다음의 반응이 일어난다: 2NH3 = N2 + 3H2.
이 반응은 거의 또는 절대 완료되지 않으며, 암모니아 분해기 후에도 상당한 양의 미전환 암모니아가 여전히 존재한다. 이 미전환 암모니아는 냉각되며, 스크러버에서 물에 암모니아가 흡수됨으로써 회수되거나, 또는 냉각(7)에 의해 응축될 수 있고, 액체 암모니아는 전해조(물을 함유하는 경우) 또는 증발기(물을 함유하지 않는 경우)로 다시 재순환된다. 암모니아의 흔적을 제거하기 위해 냉각 단계에서 물을 사용하기로 선택한다면, 생성물 가스 H2 및 N2가 암모니아를 함유하지 않는 것이 보장된다. 도시된 구성형태를 사용하여, 수소는 부분적으로 또는 완전히, 예를 들어 낮 동안에는 전기분해로부터, 예를 들어 밤 동안에는 부분적으로 또는 완전히 암모니아 분해에 의해 생성될 수 있다. 또한, PSA 또는 다른 적합한 기술에 의해 수소 정제가 달성될 수 있다.
도 3은 전력 생산시 최대 전체 효율을 달성하기 위한 가스 터빈과의 통합을 도시한다. 생성물 가스인 수소와 질소가 가스 터빈 연료로 사용되고, 암모니아가 또한 존재할 수 있는데, 분해(6)로부터의 미전환 암모니아이거나, 또는 분해 전에 우회(9)될 수 있다. 기체상 암모니아가 분해 과정에 첨가될 수 있다.
사용된 참조번호는 다음과 같다:
(1) 메이크업 암모니아(0.2-0.5% 물)
(2) 물 전해조
(3) 증발
(4) 퍼지 H2O/NH3
(5) 예열
(6) 분해
(7) 냉각
(8) 재순환된 응축된 미전환 암모니아(물 함유 또는 물 미함유)
(9) 우회된 암모니아
(10) 가스 터빈
(11) 폐열
도 2는 본 발명의 방법을 나타낸다. 암모니아 분해기에서 다음의 반응이 일어난다: 2NH3 = N2 + 3H2.
이 반응은 거의 또는 절대 완료되지 않으며, 암모니아 분해기 후에도 상당한 양의 미전환 암모니아가 여전히 존재한다. 이 미전환 암모니아는 냉각되며, 스크러버에서 물에 암모니아가 흡수됨으로써 회수되거나, 또는 냉각(7)에 의해 응축될 수 있고, 액체 암모니아는 전해조(물을 함유하는 경우) 또는 증발기(물을 함유하지 않는 경우)로 다시 재순환된다. 암모니아의 흔적을 제거하기 위해 냉각 단계에서 물을 사용하기로 선택한다면, 생성물 가스 H2 및 N2가 암모니아를 함유하지 않는 것이 보장된다. 도시된 구성형태를 사용하여, 수소는 부분적으로 또는 완전히, 예를 들어 낮 동안에는 전기분해로부터, 예를 들어 밤 동안에는 부분적으로 또는 완전히 암모니아 분해에 의해 생성될 수 있다. 또한, PSA 또는 다른 적합한 기술에 의해 수소 정제가 달성될 수 있다.
도 3은 전력 생산시 최대 전체 효율을 달성하기 위한 가스 터빈과의 통합을 도시한다. 생성물 가스인 수소와 질소가 가스 터빈 연료로 사용되고, 암모니아가 또한 존재할 수 있는데, 분해(6)로부터의 미전환 암모니아이거나, 또는 분해 전에 우회(9)될 수 있다. 기체상 암모니아가 분해 과정에 첨가될 수 있다.
사용된 참조번호는 다음과 같다:
(1) 메이크업 암모니아(0.2-0.5% 물)
(2) 물 전해조
(3) 증발
(4) 퍼지 H2O/NH3
(5) 예열
(6) 분해
(7) 냉각
(8) 재순환된 응축된 미전환 암모니아(물 함유 또는 물 미함유)
(9) 우회된 암모니아
(10) 가스 터빈
(11) 폐열
정의
암모니아 분해는 반응 2NH3 = N2 + 3H2에 따라서 기체상 무수 암모니아(NH3)가 수소(H2)와 질소(N2)의 혼합물로 해리되는 과정이다. 이 반응은 흡열 반응이다. 이 과정은 촉매로서 니켈의 존재하에 1560-1740℉(850-950℃)의 고온에서 통상 수행된다. 고온이 필요하기 때문에 촉매의 열 소결로 인해 촉매의 수명이 감소될 것이다. 결과의 가스 혼합물은 3:1 비율로 수소와 질소(75% H2 및 25% N2)로 이루어지며, 이슬점이 -60℉ 내지 -20℉(-51℃ 내지 -29℃)인 해리되지 않은 잔류 암모니아가 아주 소량(20-100ppm)으로 존재한다. 본 발명의 조건하에 수행되었을 때, 촉매는 바람직하게 Fe-기반 촉매이고, 해당 과정은 대략 300-700℃의 저온에서 수행된다.
암모니아 분해기는 연소식 반응기, 바람직하게 SMR을 포함하는, 암모니아 분해(6)가 일어나는 임의의 적합한 반응기를 의미한다.
암모니아 합성 촉매는, 본 발명과 관련하여, 암모니아 합성에 적합하고 암모니아 분해에도 적합한 임의의 촉매를 의미한다. 이들 촉매는 바람직하게 철(Fe)-기반 촉매이지만, 동일한 목적에 적합하고 유사한 조건에서 작동하는 다른 촉매를 포함할 수도 있다.
암모니아 슬립은 암모니아 분해기를 통과한 미전환 암모니아(분해 과정에서 해리되지 않은)를 의미한다.
물의 전기분해는 전류의 통과로 인한 산소와 수소 가스로의 물의 분해를 의미한다.
원료 암모니아 또는 암모니아 공급원료는 메이크업 암모니아 및 추가의 물을 포함하는 용액을 의미한다. 원료 암모니아는 전해조(2)에 공급된 용액이다.
고압 전기분해(HPE)는 상승된 압력에서, 전형적으로 10 bar 이상에서 물을 통해 전류가 통과함으로써 물(H2O)이 산소(O2)와 수소 가스(H2)로 분해되는 물의 전기분해이다.
메이크업 암모니아 또는 트레이드 암모니아는 암모니아(NH3)와 물(H2O)을 포함하며, 바람직하게 물 함량은 0.2 내지 0.5%이다. 이것은 일반적으로 액체로서 공급되지만, 상이한 물리적 상태를 포함하는 용액일 수도 있다. 암모니아 분해 과정에서 암모니아 공급원료에 포함된 물의 효과는 주로 공정의 피독으로 인한 것이며, 이것은 일반적으로 고온에서 일어난다. 이것은 암모니아 분해의 공정 비용 및 플랜트 건설 자재 비용을 증가시킬 것이다. National Bureau of Standards에 따르면, 암모니아는 최소 순도 99.98%(wt), 최대 0.0005%(wt) 오일 및 최대 0.02%(wt) 수분을 준수해야 한다.
질화는 암모니아의 작용을 통한 질소 화합물의 형성을 의미한다.
PSA는 압력 스윙 흡착을 의미한다.
전기분해 유닛으로부터의 슬립으로 인한 물의 잔류량은 증발기에 축적될 것이며, 퍼지(4)될 필요가 있다. 이 퍼지는 물을 함유하고, 암모니아는 암모니아 공급원료(1) 및 전기분해 유닛으로 다시 재순환될 수 있으며, 이것은 증발된 암모니아에서 전체 물 함량이 0에 가깝다는 것을 의미한다.
본 발명의 설명
전력 생산을 위한 연료로서 적합하려면 암모니아는 적어도 부분적으로 기체상 수소, 질소 및 암모니아를 포함하는 가스 혼합물로 분해되어야 한다. 수소 생산을 위한 에너지 캐리어로 암모니아를 사용하며 암모니아가 유일한 에너지 공급원인 경우, 암모니아 소비 톤당 수소 생산량을 최대화하는 것이 경제적으로 필수적이다. 이것은 가능한 가장 저온에서 암모니아를 분해함으로써 얻어질 수 있으며, 이렇게 함으로써 회수되는 폐열의 양이 적어질 것이다. 이 경우, 수소가 관심의 제품이므로 스팀으로 회수된 폐열은 거의 가치가 없을 것이다.
암모니아 분해 과정에서 기체상 암모니아가 가역 반응으로 수소와 질소의 혼합물로 해리된다:
이 반응은 흡열 반응이며, 암모니아 분해 반응을 유지하기 위해 열이 필요하다.
암모니아의 분해에 암모니아 합성 촉매가 사용될 수 있다는 것이 알려져 있다. 그러나 물이나 다른 산소 함유 화합물이 Fe-기반 촉매와 같은 암모니아 합성 촉매를 피독한다는 것도 잘 알려져 있다. 물은 트레이드 액체 암모니아 또는 메이크업 암모니아(1)의 주 화합물이므로, 이들 합성 촉매의 피독은 촉매 성능과 분해 과정의 효과 및 효율에도 영향을 미치는 문제로 간주된다. 이것이 다른 더 비싼 촉매가 암모니아 분해에 통상적으로 사용되는 이유 중 적어도 하나이다.
분해 전에 암모니아로부터 물을 제거하기 위해 사용되는 가장 흔한 방법은 증류이다. 전기분해에 의해 암모니아로부터 물을 제거하는 본 발명의 방법은 산소와 수소로 물을 전기분해하는데 소비된 에너지가 손실되지 않고, 이렇게 생성된 수소가 결국 생성물 가스에 기여할 것이기 때문에 전형적인 증류보다 더 효율적이며 효과적이다. 반면 증류에서는 암모니아로부터 물을 분리하기 위해 소비된 에너지가 전부 손실될 것이다.
물을 견딜 수 있는 촉매를 사용하는 종래의 암모니아 분해기의 경우, 메이크업 암모니아(1) 중의 0.2-0.5% 물 함량은 촉매에 해롭지 않을 것이다. 이들 촉매는 고온에서, 600℃ 이상 및 최대 대략 950℃에서 작동한다.
메이크업 암모니아(1)로부터 물을 제거함으로써, 저온에서, 전형적으로 300-700℃의 범위에서, 바람직하게 350-550℃에서, 암모니아 합성에 사용된 것들과 유사한, 대안의 촉매를 사용하는 것이 가능해질 것이다. 이러한 암모니아 합성 촉매는 바람직하게 철(Fe)-기반, 또는 동일한 목적에 적합한 다른 촉매이며, 전형적으로 암모니아 분해에 통상 사용되는 물 및 다른 산소 함유 화합물을 견디는 고온 촉매보다 훨씬 더 저렴한 비용으로 구입된다.
더 저온에서 암모니아 분해기를 작동시킴으로써 낮은 등급의 건설 자재가 사용될 수 있고, 따라서 자본 지출이 적어진다. 또한, 저온에서는 회수되는 폐열이 더 적게 생성되고, 따라서 공정이 저렴하면서 더 효율적이게 될 것이다.
메이크업 암모니아는 대략 0.2 내지 0.5% 물을 포함하며, 상기 물은 전해조(2)에 들어가기 전에 상기 메이크업 암모니아에 첨가되는 선택적인 보충량의 물과 함께 전기분해(2)된다. 원료 암모니아는 메이크업 암모니아와 전기분해에 의해 얻어지길 원하는 수소량에 따라 상기 선택적인 보충량의 물을 포함하는, 전해조(2)에 공급된 액체 조성물이다. 물 첨가의 효과는 전기분해에 의해 생성되는 수소를 증가시키는 것이며, 전해조에서 재생 에너지로부터 수소 생성을 조정한다. 또한, 수소는 질화로부터 촉매 및 재료를 보호한다.
바람직한 실시형태에서, 물은 수소와 산소로 전기분해(2)되는 메이크업 암모니아(1) 기원 원료 암모니아에 첨가되며, 2 이상의 분해기(6)가 있는 경우 제1 암모니아 분해기(도 2)에 공급된 증발된 암모니아에서 수소 함량을 조정한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 분해된 암모니아 가스는 전기 생산을 위한 가스 터빈의 공급원료이며, 도 3에 도시된 대로 상당한 양의 기체상 암모니아가 분해기를 우회한다면 전체 효율은 훨씬 더 높을 것이다. 암모니아 분해에 더 적은 에너지가 필요하고 분해기 과정으로부터 생성되는 폐열도 더 적기 때문에 전체 효율이 더 높아질 것이다. 이 경우, 전체 암모니아 공급원료를 증발시키기에 폐열이 충분하지 않을 것으로 예상되며, 암모니아 증발에 필요한 온도 수준이 대략 100℃보다 낮기 때문에 가스 터빈 조합 사이클 효율을 감소시키지 않고 가스 터빈 연도 가스로부터 폐열이 회수되어 이용될 수 있다. 우회된 상당량의 기체상 암모니아는 이용가능한 암모니아의 최대 대략 98%일 수 있으며, 따라서 가스 터빈 배기가스로부터 열이 필요할 것이다. 가스 터빈 기술에 따라, 우회량이 너무 많으면 암모니아를 전부 증발시키는데 열이 충분하지 않을 것이다. 이것이 가스 터빈으로부터의 열이 사용되는 이유이다. 암모니아 함량이 높을수록 전체 효율이 높아진다.
바람직한 실시형태
1. a) 메이크업 암모니아를 포함하는 원료 암모니아 중 물의 전기분해(2);
b) 증발(3);
d) 분해(6)
를 포함하는 암모니아 분해 방법으로서,
여기서 암모니아의 분해(6)는 암모니아 합성 촉매를 사용하여 300-700℃, 가장 바람직하게 350-550℃에서 일어나는 방법.
2. a) 메이크업 암모니아를 포함하는 원료 암모니아 중 물의 전기분해(2);
b) 증발(3);
d) 분해(6); 및
e) 분해(6)로부터 얻어진 가스상의 냉각(7)
을 포함하는 메이크업 암모니아(1)로부터 수소를 생성하는 방법으로서,
여기서 암모니아의 분해(6)는 암모니아 합성 촉매를 사용하여 300-700℃, 가장 바람직하게 350-550℃에서 일어나고, 전기분해(2)에 의해 생성된 수소(i) 및 암모니아 분해(6)로부터 얻어진 수소(ii) 중 적어도 하나는 수소 최종 수율에 기여하는 방법.
3. 실시형태 1 및 2에 있어서, 암모니아는 분해(6) 단계 전에 예열(5)되는 방법.
4. 실시형태 1-3에 있어서, 상기 메이크업 암모니아(1)는 대략 0.2 내지 최대 대략 2%의 물을 포함하는 방법.
5. 실시형태 1-4에 있어서, 암모니아 합성 촉매는 Fe-기반 촉매인 방법.
6. 실시형태 1-4에 있어서, 사용된 촉매는 Co, Ru 또는 Ni 기반인 방법.
7. 실시형태 1-5에 있어서, 액체 암모니아 및 증발되지 않은 물을 포함하는 용액이 증발기(3)로부터 퍼지(4)되고 원료 암모니아로 다시 재순환되는 방법.
8. 실시형태 1-6에 있어서, 전기분해는 고압 전기분해인 방법.
9. 실시형태 1-7에 있어서, 암모니아 분해로부터 얻어진 수소는 외부 압축기를 사용하여 재순환되는 방법.
10. 실시형태 1-9에 있어서, 물이 냉각(7) 단계 e)에 첨가되고, 미전환 암모니아의 흔적을 제거하기 위해 스크러버가 사용되는 방법.
11. 실시형태 10에 있어서, 미전환 암모니아는 응축(8)되고, 그것이 물을 함유하는 경우 전해조(2)로 또는 물을 함유하지 않는 경우 증발기(3)로 재순환되는 방법.
12. a) 메이크업 암모니아를 포함하는 원료 암모니아 중 물의 전기분해(2); 및
b) 증발(3)
단계를 포함하는 암모니아로부터 물을 제거하는 방법.
13. Fe-기반 촉매와 같은 촉매가 사용되는 암모니아 분해 및/또는 수소 생성에서 실시형태 12에 따른 방법에 의해 획득가능한 암모니아의 사용.
14. Co, Ru 또는 Ni-기반 촉매가 사용될 수 있는 암모니아 분해 및/또는 수소 생성에서 실시형태 12에 따른 방법에 의해 획득가능한 암모니아의 사용.
15. a) 메이크업 암모니아를 포함하는 원료 암모니아 중 물의 전기분해(2);
b) 증발(3);
c) 분해(6); 및
d) 분해(6)로부터 얻어진 가스상의 냉각(7)
에 의해 얻어진 수소, 질소 및 암모니아 중 적어도 하나를 가스 터빈(10)에 공급하는 단계를 포함하는, 전기 생성 방법으로서,
여기서 암모니아의 분해(6)는 암모니아 합성 촉매를 사용하여 300-700℃, 가장 바람직하게 350-550℃에서 일어나고, 전기분해(2)에 의해 생성된 수소(i) 및 암모니아 분해(6)로부터 얻어진 수소(ii) 중 적어도 하나는 수소 최종 수율에 기여하며, 폐열은 암모니아 증발기(3)에 회수(11)되는 방법.
16. 실시형태 15에 있어서, 암모니아는 분해(6) 단계 전에 예열(5)되는 방법.
17. 실시형태 15 및 16에 있어서, 암모니아의 일부는 분해(6)되고, 암모니아의 일부는 우회(9)되어 가스 터빈(10)에 공급되는 방법.
18. 실시형태 15-17에 있어서, 수소는 주기적으로 및/또는 교대로 생성되며, 예를 들어 낮 동안에는 부분적으로 또는 완전히 전기분해로부터 생성되고, 밤 동안에는 부분적으로 또는 완전히 암모니아 분해에 의해 생성되는 방법.
19. 수소(2,7), 질소(7) 및 암모니아(7,9) 중 적어도 하나를 가스 터빈(10)에 공급함으로써 전기를 생성하기 위한 실시형태 15-18에 따른 방법의 사용.
20. 메이크업 암모니아로부터 수소 및 산소(2), 증발된 암모니아(3) 및 기체상 수소, 질소 및 암모니아를 생성하기 위한 실시형태 15-18에 따른 방법의 사용.
Claims (16)
- a) 메이크업 암모니아를 포함하는 원료 암모니아 중 물의 전기분해(2);
b) 증발(3);
c) 분해(6)
를 포함하는 암모니아 분해 방법으로서,
여기서 암모니아의 분해(6)는 암모니아 합성 촉매를 사용하여 300-700℃에서 일어나는 방법. - a) 메이크업 암모니아를 포함하는 원료 암모니아 중 물의 전기분해(2);
b) 증발(3);
c) 분해(6); 및
d) 분해(6)로부터 얻어진 가스상의 냉각(7)
을 포함하는 메이크업 암모니아(1)로부터 수소를 생성하는 방법으로서,
여기서 암모니아의 분해(6)는 암모니아 합성 촉매를 사용하여 300-700℃에서 일어나고, 전기분해(2)에 의해 생성된 수소(i) 및 암모니아 분해(6)로부터 얻어진 수소(ii) 중 적어도 하나는 수소 최종 수율에 기여하는 방법. - 제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 암모니아는 분해(6) 단계 전에 예열(5)되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메이크업 암모니아(1)는 대략 0.2 내지 최대 대략 2%의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 암모니아 합성 촉매는 Fe-기반인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 사용된 촉매는 Co, Ru 또는 Ni 기반인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 암모니아 및 증발되지 않은 물을 포함하는 용액이 증발기(3)로부터 퍼지(4)되고 원료 암모니아로 다시 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기분해는 고압 전기분해인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 암모니아 분해로부터 얻어진 수소는 외부 압축기를 사용하여 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 물이 냉각(7) 단계 e)에 첨가되고, 미전환 암모니아의 흔적을 제거하기 위해 스크러버가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 미전환 암모니아는 응축되고, 그것이 물을 함유하는 경우 전해조로 또는 물을 함유하지 않는 경우 증발기로 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
- a) 메이크업 암모니아를 포함하는 원료 암모니아 중 물의 전기분해(2); 및
b) 증발(3)
단계를 포함하는 암모니아로부터 물을 제거하는 방법. - Fe-기반 촉매와 같은 촉매가 사용되는 암모니아 분해 및/또는 수소 생성에서 제 12 항에 따른 방법에 의해 획득가능한 암모니아의 사용.
- a) 메이크업 암모니아를 포함하는 원료 암모니아 중 물의 전기분해(2);
b) 증발(3);
c) 분해(6); 및
d) 분해(6)로부터 얻어진 가스상의 냉각(7)
에 의해 얻어진 수소, 질소 및 암모니아 중 적어도 하나를 가스 터빈(10)에 공급하는 단계를 포함하는 전기 생성 방법으로서, 여기서 암모니아의 분해(6)는 암모니아 합성 촉매를 사용하여 300-700℃에서 일어나고, 전기분해(2)에 의해 생성된 수소(i) 및 암모니아 분해(6)로부터 얻어진 수소(ii) 중 적어도 하나는 수소 최종 수율에 기여하며, 폐열은 암모니아 증발기(3)에 회수(11)되는 방법. - 제 14 항에 있어서, 암모니아의 일부는 분해(6)되고, 암모니아의 일부는 우회(9)되어 가스 터빈(10)에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 수소(2,7), 질소(7) 및 암모니아(7,9) 중 적어도 하나를 가스 터빈(10)에 공급함으로써 전기를 생성하기 위한 제 14 항 및 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 사용.
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