[发明专利]一种氢气的安全和经济的输运方法

说明书

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。