[发明专利]一种电化学制氢的生产系统和生产方法

说明书

本发明提供了一种电化学制氢的生产系统，包括液氨源；与所述液氨源的液相出口相连接的电解池；与所述电解池的气相出口相连接的气体纯化装置；所述气体纯化装置设置有氮气和氨气混合气出口和氢气出气口；与所述气体纯化装置的氢气出气口相连接的二级吸收装置；与所述二级吸收装置的出气口相连接的氢气储存装置。该系统将液氨作为氢的运储介质，在常温下电催化分解得到氢气，通过对气体的多级提纯和缓冲，得到可以直接供燃料电池等设备使用的纯氢气。本发明提供的生产过程简单易行，可方便快捷地分解液氨为可直接利用的氢能，有助于降低储运氢、制氢的成本，用氢终端设备的小型化、绿色化，具有极大的商业价值和应用前景。

技术领域

本发明属于电化学制氢制备技术领域，涉及一种电化学制氢的生产系统和生产方法，尤其涉及一种以液氨为储氢材料电分解制备氢气的生产系统及生产方法。

背景技术

21世纪能源短缺与环境问题是人类生存的两大亟待解决的问题，对于中国现代化建设，能源与环境是发展的核心。氢能被看作是21世纪最具发展潜力的能源，是人类的战略能源发展方向。氢能不仅储量丰富、可再生、高燃烧热值，并且其燃烧产物为水，是世界上最干净的能源。由于氢能的种种优势，世界上许多国家和地区在广泛开展氢能的研究并尝试使用氢能。在我国，在节能减排大趋势下，发展氢燃料电池已成为解决环境污染和能源短缺的重要选择，已被纳入诸多重要的战略纲要文件中，但氢燃料电池的上游产业链“氢气的高效制备和大规模运输与储存”仍是亟待解决的卡脖子难题。但是在实际应用中，由于缺乏储运规范，导致氢燃料只能以气态方式运输，这种方式成本高，且不安全，不利于降低终端用氢成本。

目前储氢的方式有许多种，高压气态储氢是目前较为广泛使用的一种储存方式，由于氢分子特殊的性质，使用传统不锈钢和铝合金制成的压力容器单位质量储氢密度较小，储氢效率较低。液态储氢对储氢容器的绝热要求很高，目前民用领域应用很少。目前大量的储氢研究是基于物理化学吸附的储氢方法，这类吸附氢的材料有碳制材料、金属有机框架材料和沸石咪唑酯骨架结构材料和微孔/介孔沸石分子筛等矿物储氢材料。目前，吸附材料储氢材料若兼顾安全、成本、容量等方面的考虑，还没有一种可以达到应用要求。因而，现在产氢载体成为研究热点，常见的载体有甲烷、乙醇、甲酸、甲基环己烷等。甲烷是天然气的主要成分，具有较高的氢含量，可以以气体或者高压液体的形式运输，但是使氢气从甲烷中释放需要极高的温度，消耗大量的能量，并且会释放大量的温室气体。当以乙醇为氢载体时，虽然其相对于甲烷释放出氢气的条件较为温和，但是也是会消耗大量的能量，释放出大量的温室气体。甲酸可在近室温的条件下使用贵金属催化剂释放出氢气，其氢含量较低。在产氢载体中，氨气的氢含量最高达17.6％，易液化，储存和运输方便，并且价格低廉，是生产农业化肥的重要原料，但随着农业用氨需求量增速的放缓，合成氨产能过剩的问题日益凸显。而且氨气极易液化，在干燥的情况下并不会腐蚀不锈钢等罐体，液氨在单位质量下有着极高的氢含量，有着优异的储运性质，作为氢的运输储存介质，有成本低、含氢量高、便于运储、绿色等优势。相较而言，氨解制氢技术的开发将对合成氨产业的良性发展及产能的消纳有重要意义。

目前工业上广泛使用催化化石燃料裂解，电解水，高温高压氨分解制备氢气。当前使用的百分之九十的氢气来自于化石燃料裂解的方式，这种方式虽然在价格上占据优势，但是使用的是一次能源，并且在制备过程中产生大量的温室气体，并不符合绿色化学的要求。电解水虽然有使用在自然界大量存在的水作为原料，产氢纯度高的优势，但是价格昂贵，需要消耗大量电能。高温高压的方式分解氨制备氢气，该方法需要很高的温度，消耗大量的能量，且在高温下制备氢气存在安全隐患，不符合绿色化学的要求，且设备庞大、不利于终端使用。

因此，如何找到一种合适的方法，解决目前储氢和制氢过程中存在的上述问题，使其生产过程更加环保，使用时更加便利，已逐渐成为领域内具有前瞻性的研究人员广泛关注的焦点之一。

发明内容