專利名稱：一種氫氣的安全和經(jīng)濟的輸運方法
技術領域：
本發(fā)明屬于能源動力工程和化學工程領域，涉及氫經(jīng)濟氫能的輸運方法。
技術背景為了擺脫對石油的過度依賴，尋求能源多樣化，氫能源經(jīng)濟呼之欲出。發(fā) 展氫能經(jīng)濟的好處是可以大量利用國內(nèi)資源，包括煤炭、天然氣以及核能等進 行生產(chǎn)，不需要像石油一樣依賴進口。但是氫并非單獨存在，它必須從其他物質(zhì)中被分離出來，而分離氫氣的大 筆成本是氫能經(jīng)濟的最大問題之一；發(fā)展氫能經(jīng)濟的另一項挑戰(zhàn)是安全問題， 因為氫氣無色無味，它的火焰肉眼看不見；其次，氫的儲存和運輸是最大問題， 我國"十五"期間"863"計劃結束時的重量儲氫密度目標是2.2%，而這個目 標在氫能車上的實用性差，因為攜帶1千克氫很可能需要約50千克載氫的吸 附物質(zhì)。l立方米的液氫只有約70千克，雖然氫氣很輕，但其能量密度很高， 作為車用能源只有液氫能達到在氫能車上使用的能量密度指標。針對氫經(jīng)濟的主要問題之一 "氫氣的儲存和運輸"，目前采用的金屬氫化 物儲氫率太低，高壓罐儲氫耗能太高，安全上也有問題，同時，其充氫基礎設 施投資巨大，因此，本發(fā)明提出一種氫氣的安全和經(jīng)濟的輸運方法。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)有技術中，金屬氫化物和高壓罐儲氣效率不高、價格昂貴的缺點， 本發(fā)明提出了一種氫氣的氨輸運方法，將氫氣轉換成液氨或氨水，從產(chǎn)地到用戶，使輸運氫氣轉變?yōu)檩斶\液氨或氨水，在終端用戶前再將液氨或氨水轉換為 氫氣。氫氣的氨輸運方法如圖1所示，其過程包括四個步驟(1) 利用燃料制氫氣，如油/煤氣化、從焦爐煤氣分離出氫氣，或者利用生化/ 生物的方法來自然地制氫氣，或者利用風力/太陽能/核能從水中分離氫氣 等；(2) 利用合成氨裝置將氫氣轉化成氨；(3) 將液氨或濃度為40~60%的氨水通過密封儲運車或者密封耐腐蝕的運輸管 道，在異地之間輸送；(4) 在目的地或終端用戶處，利用氨制氫裝置將氨轉化成氫氣；(5) 純度為98. 5-99. 999。/。的氫氣通過密封管路，輸送進入氫氣使用裝置。如上所述的方法，其中制氨原料可以是天然氣、油、煤和生物質(zhì)等，制氫 能源可以是風能、太陽能和核能等。如上所述的方法，其中制氨裝置可以為現(xiàn)有技術中通用的裝置，制氨的工 藝條件與現(xiàn)有技術相同。如上所述的方法，其中輸運氨可以采用密封管道，也可以采用目前通用的 液氨儲運車或槽罐車。如上所述的方法，其中的氨制氫裝置包括氨供應系統(tǒng)、加熱氣化系統(tǒng)、 催化裂化反應器以及變壓吸附裝置等。其可以是大型的氨分解制氫裝置，也可 以是小型的氫氣發(fā)生器。制氫催化劑可以是鎳基、銠基、錸基、釕基或鐵基催 化劑。如上所述的方法，其中氫的氨輸運系統(tǒng)需采用耐熱和耐腐蝕的材料制造。 由于采用了上述方法，極大的提高了氫氣輸運的安全性和可靠性。氨的氫氣輸運能力分別是金屬氫化物和高壓罐最大氫氣輸運能力(約7%)的1.3倍(50%氨水)和2.5倍(液氨)。該值是由理論計算得到的。


圖1是氫氣的氨輸運方法示意圖。圖2是基于氨的氫氣發(fā)生過程示意圖。
具體實施方式
如圖1-2所示，如由焦爐煤氣分離得到的氫氣，經(jīng)過純化和分離處理， 與一定比例的氮氣混合輸入現(xiàn)有技術中通用的合成氨裝置，在700('C和500個 大氣壓下、在鐵觸媒的作用下合成氨。然后將液氨或濃度為30-50%的氨水通 過槽罐車或者密封耐腐蝕的運輸管道，在異地之間輸送。運達目的地以后，氨 進入氫氣發(fā)生站的制氫裝置。如通過包含釕催化劑的氨分解反應器，加熱裝置 加熱到700"C時候，分解出氮氣和氫氣，得到的混合氣體通過氣體分離室，經(jīng) 由氮氣吸附裝置，分離氮氣后可得到純度高于90%的氫氣，隨后再進入氫純化 裝置，得到純度98.5-99.999%的氫氣。在此運輸過程中，氫氣的運輸效率為 8.6% (50%氨水) 17.6% (液氨)。如上所述的方法，氨制氫與氫氣使用裝置可以有效集成，將得到的氫氣 立即轉換使用。
權利要求
1. 一種氫氣的安全和經(jīng)濟的輸運方法，其包括如下步驟(1)制氫氣過程，包括油/煤氣化、從焦爐煤氣分離出氫氣，或者利用生化/生物的方法制氫，或者利用風力/太陽能/核能從水中分離氫氣；(2)利用合成氨裝置將氫氣轉化成氨；(3)將液氨或濃度為40～60％的氨水通過密封儲運車或者密封耐腐蝕的運輸管道，在異地之間輸送；(4)在目的地或終端用戶處，利用氨制氫裝置將氨轉化成氫氣；(5)純度達到98.5-99.999％的氫氣通過密封管路，輸送進入氫氣使用裝置。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述制氨原料包括天然氣、油、 煤和生物質(zhì)，制氫能源包括風能、太陽能和核能。
3. 如權利要求l所述的方法，其特征在于所述制氨裝置為現(xiàn)有技術中通用的裝置。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述輸運氨可以采用密封管道， 也可以采用目前通用的液氨儲運車或槽罐車。
5. 如權利要求1所述的方法，其特征在于所述氨制氫裝置包括氨供應 系統(tǒng)、加熱氣化系統(tǒng)、催化裂化反應器以及變壓吸附裝置。
6. 如權利要求5所述的方法，其特征在于所述氨制氫裝置可以是大型的 氨分解制氫裝置，也可以是小型的氫氣發(fā)生器。
7. 如權利要求5所述的方法，其特征在于所述金屬催化劑可以是鎳基、 銠基、錸基、釕基或鐵基催化劑。
8. 如權利要求l所述的方法，其特征在于所述氫的氨輸運系統(tǒng)采用耐熱 和耐腐蝕的材料制造。
全文摘要
一種氫氣的氨輸運方法，將氫氣通過制氨方法轉換成液氨或氨水，從產(chǎn)地到用戶輸運液氨或氨水，在終端用戶前再將液氨或氨水轉換為氫氣。該方法運輸效率高，能耗少，安全經(jīng)濟。
文檔編號F17C6/00GK101220904SQ20071003628
公開日2008年7月16日 申請日期2007年1月9日 優(yōu)先權日2007年1月9日
發(fā)明者安恩科 申請人:同濟大學