[发明专利]用于生产液态氢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于生产液态氢的方法和用于所述方法的系统。

背景技术

氢是炼油和化肥工业以及其他几种化学工艺中使用的重要工业气体。预期氢可能另外起到作为能量载体的重要作用，特别是在运输部门中。

在不存在国内管道网络的情况下或用于进口，预期以液体形式的氢将是其供应和分配的最有效方式之一。然而，目前氢液化仍然是昂贵以及能源密集型的。氢的液化涉及进料氢气的压缩，几个冷却步骤，以及最后通过膨胀液化。目前，在改进氢液化方法的经济性方面正在进行大量研究(参见例如，2013年12月报道了最近开发的“优选方法”的欧洲赞助的IDEALHY项目，参见www.idealhy.eu)。

大多数氢当前经由烃类特别是天然气的蒸汽重整而产生，因为该方法的成本相对较低。蒸汽重整是强吸热过程。该方法所需的热量通常通过在炉中燃烧天然气进料的部分来提供。

生产氢的其他方法也是已知的，例如通过电解。存在三种主要类型的电解槽：固体氧化物电解槽(SOEC)、聚合物电解质膜槽(PEM)和碱性电解槽(AEC)。SOEC在高温下操作，通常在800℃左右。PEM电解槽通常在100℃以下工作，并且变得越来越商购可得。这些槽具有相对简单的优点，并且可被设计成接受广泛变化的电压输入，这使得其对于与再生能源例如太阳能PV一起使用是理想的。AEC在高浓度电解质(KOH或碳酸钾)和高温下(通常接近200℃)下最佳操作。

另外，已知通过完全电化学方式同时共同生成氢和电能的方法，所述方法例如包括通过在水的存在下，使金属盐电解为金属和酸并且由此释放氧的电力储存阶段，以及由此储存阶段中产生的金属和酸反应以产生氢和任选的电力的发电阶段。可电解金属选自锌、镍、锰。参见例如US 8,617,766。

在(通常)偏远地区的再生电预期比接近于市场更实惠，主要是由于适当土地的可用性以及能量资源(太阳能、风能等)本身的更好可用性。这种远程再生电可非常良好地适合电解以产生氢，因为它生成可负担的再生能量分子。在再生供电无法充分获得的情况下，也可使用或另外使用来自常规源的电(例如由燃气涡轮生成的并通过电网输送的电)。

特别是由风能和太阳能生成的再生电受到这些自然资源间歇性可用性的困扰。在供电不稳定的这种地区，氢的生产且特别是氢的液化不像在其中生产和液化方法可连续运行并且因此昂贵的液化工厂可被高度利用的地区一样有效。

本发明提供了特别是在供电不稳定的偏远地区，氢生产和氢液化工厂利用不足的问题的解决方案。此外，本发明解决了在其中供电至少部分来自再生能源，且特别是来自风能和太阳能的地区的氢生产和液化工厂中的间歇性问题。

发明内容

目前已发现通过在偏远地区集成氢生产和液化方法与允许间歇性氢和电力储存的方法，对上述问题提供了解决方案。相应地，本发明提供了用于连续生产液态氢的集成方法，其包括：

(a)通过电解生产气态氢；和

(b)在氢液化单元中使所述气态氢液化，所述液化单元通过基本上(即至少80％，优选至少90％，最优选100％)来自再生源的能量供电；和，

(c)当需要另外的电时，使用在其中通过集成电解方法共同生成电能和氢的方法中生成的电能，所述集成电解方法包括：

(d)将金属盐或金属盐的混合物和水电解成相应的一种或多种金属、一种或多种酸和氧(电力储存阶段)，和

(e)在步骤(d)的金属和酸的再生反应中产生气态氢并回收电力(再生阶段)；

其中步骤(e)中生成的至少部分气态氢用于该方法的步骤(b)。

通过允许昂贵的液化单元在连续基础上运行，同时在按需的基础上提供氢和另外的电力，本发明的该方法理想地适合于液态氢制造，尽管基本再生能源仅间歇地可用的事实。

此外，电解方法的集成可有利地在生产和液化方法中的一个或多个位置处进行。例如，在电解中生成的电可提供液化循环中所需的电(的部分)。

附图说明

在图1中，示意性显示了根据本发明的方法。

具体实施方式

根据本发明，该方法包括首先将再生(风能、太阳能等)间歇电力供给到集成电解方法设置。

集成电解方法定义为包括两个不同步骤的电解方法：