氨裂解生产背景介绍

低碳氢被广泛认为是一种蕴藏丰富、用途广泛、清洁方便的能源载体,已被视为能源行业转型的关键一环。数十年来,人类一直在考虑将氢气作为燃料源的可能性,但仍然开发有限。

成熟的储运技术使得氨作为储氢材料或新型燃料都有着广阔的应用前景。未来,将有希望实现低温高效的氨裂解制氢,使绿色氢实现远距离运输,促进全球绿色能源转型目标的实现。

储运便捷

NH3是世界上最重要的化学商品之一,也是生产最广泛的化学品之一。其运输法规和运输基础设施已经在全世界得到了广泛的布置。一般情况下,氨运输和储存在中等压力的储罐中,这意味着它可以快速应用到能源系统中需要它的特定部分。若扩大NH3的生产和分销,并不需要在基础设施建设上大量投资。

安全环保

氨(NH3)相对氢来说更容易运输和储存。氨比氢更不易燃,因此在这方面氨是一种更安全的燃料。此外,NH3的沸点为33.36℃,H2的沸点为-252.9℃,NH3更容易液化,所以氨储存和运输所需的能量更少。最重要的是,氨具有特殊的气味,为其潜在的致命泄露提供了早期预警,这是纯氢没有的特征。

氨裂解的用途

氨裂解是氨在碱金属或铂族金属基催化剂的催化作用下分解为氢气和氮气的过程。它通常用于需要氢气作为下游制造工艺的能源或燃料的场景,促进航空航天、海洋和陆基能源系统可持续燃料的生产。

氨裂解-交通

氢被认为是可持续能源解决方案的关键来源。交通运输业被认为是全球能源市场最大的燃料消耗者之一。通过提供清洁、可靠、安全、方便、客户友好且负担得起的能源,氢气可以成为可持续交通的有前途的燃料。氢气是内燃机和燃料电池汽车的潜在运输燃料。燃料电池使用氢气作为燃料在车辆上发电,然后用于为驱动车轮并支持其他车辆功能的电动机提供动力。未来,氢气有潜力改变我们的汽车、火车、轮船和飞机,使未来交通运输行业的零排放成为现实。

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氨裂解-工业

由于20世纪氢工业的发展,氢在工业实践中的利用已经相当广泛。氢气对于现代合成氨工业至关重要,例如,哈伯-博世工艺将氢气和氮气结合起来生产氨。氨通常用作肥料的关键成分,因此世界上一半以上的氢气生产都用于氨生产。 但是氢在其他多种行业的应用也有着悠久的历史,如今大部分氢用于炼油、甲醇生产等领域。然而,随着减少碳排放的新需求,氢越来越多地以创新的方式用于生产新旧产品。这包括炼钢等行业,在这些行业中,氢被认为是该过程所需的煤炭和其他碳排放燃料的替代品。另一个潜在的新用途是制造混凝土,这是一种碳能源密集型工艺,通过氢气脱碳的时机已经成熟。

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氨裂解产生氢气可以用于发电,主要有两种方式。一种是将氢能用于燃气轮机,带动电机产生电流输出,即“氢能发电机”。氢能发电机可以被整合到电网电力输送线路中,以此实现电能的合理化应用,减少资源浪费。另一种是利用电解水的逆反应,氢气与氧气(或空气)发生电化学反应生成水并释放出电能,即“燃料电池技术”。燃料电池可应用于固定或移动式电站、备用峰值电站、备用电源、热电联供系统等发电设备。目前两种氢能发电均存在成本较高的问题。燃料电池发电成本大约2.5-3元/度,而其他技术发电成本基本低于1元/度。降低成本是氢能在发电领域发展的关键。

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氨裂解产生的氢气在建筑中的供热供暖并不占优势,初期在建筑中主要采用混合氢气。氢气在建筑中的应用相对有限,与天然气供热等比较,氢气供热在效率、成本、安全和基础设施的可得性等方面均有短板。早期氢气在建筑中的使用将主要是混合形式,在2030年代后期,纯氢在建筑中的使用有望超过混合氢气。

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氨裂解装置介绍PDF

氨裂解是氨在碱金属或铂族金属基催化剂的催化作用下分解为氢气和氮气的过程。它通常用于需要氢气作为下游制造工艺的能源或燃料的场景,促进航空航天、海洋和陆基能源系统可持续燃料的生产。

为了将氨分解为氢气和氮气,需要使用氨裂解装置。首先,将氨加热直至蒸发成气态。然后将其送入反应器,在那里催化发生氨分解。通常,该过程在600-900 °℃ 的温度和 50-100 bar 的压力下运行。

同样,1 吨氨将产生 0.18 吨氢气,相当于 19,205 MJ 的能量。然而,大约 15% 的能量需要用于裂解/加工操作,才能产生 16,626 MJ的净能量。

氨裂解制氢常用的催化剂有镍基催化剂、钌基催化剂、铁基催化剂以及各种复合催化剂。这些催化剂的合成方法包括浸渍法、共沉淀法和熔融法。

氢催化裂化具有工艺简单、投资少、运行成本低、易操作、维护方便、运行安全可靠等优点。然而,氨裂解制氢过程中的一个主要技术挑战是实现NH3的完全分解和转化,这需要超过800℃的高温,并且需要额外的热源来维持氨催化裂解。