[发明专利]由氨按需制氢

权利要求书

1.一种用于在氨裂解反应条件下在催化剂的存在下由包含氨的原料气生产氢气的反应器系统，所述反应器系统包括：

-包含氨的原料气的源；

-被布置用于催化所述原料气的所述氨裂解反应的结构化催化剂，所述结构化催化剂包含导电材料的宏观结构，所述宏观结构支撑陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层支撑催化活性材料；

-容纳所述结构化催化剂的耐压壳，所述耐压壳包括用于让所述原料气进入的入口和用于让产物气排出的出口，其中所述入口的位置使得所述原料气在所述结构化催化剂的第一端进入所述结构化催化剂，并且所述产物气从所述结构化催化剂的第二端离开所述结构化催化剂；

-位于所述结构化催化剂和所述耐压壳之间的热绝缘层；

-电连接到所述结构化催化剂和放置在所述耐压壳外部的电源的至少两个导体，其中所述电源的尺寸被设置成通过使电流通过所述宏观结构而将所述结构化催化剂的至少一部分加热到至少300℃的温度，其中所述至少两个导体在结构化催化剂上更靠近所述结构化催化剂的所述第一端而不是所述结构化催化剂的所述第二端的位置处连接到结构化催化剂，并且其中结构化催化剂被构造成引导电流从一个导体基本上流向结构化催化剂的第二端并回到所述至少两个导体中的第二个；

-用于包含氢气的产物流的出口。

2.根据权利要求1所述的反应器系统，其中所述电源的尺寸被设置成将所述结构化催化剂的至少一部分加热到至少300℃、优选至少700℃的温度。

3.根据前述权利要求中任一项所述的反应器系统，其中原料气额外包含H₂、N₂或Ar。

4.根据前述权利要求中任一项所述的反应器系统，其中耐压壳的设计压力为2至30bar。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的反应器系统，其中耐压壳的设计压力为30至200bar。

6.根据前述权利要求中任一项所述的反应器系统，其中导电材料的电阻率为10^-5Ω·m至10^-7Ω·m。

7.一种用于在反应器系统中在氨裂解反应条件下在催化剂的存在下使包含氨的原料气进行氨裂解反应以生产氢气的方法，所述反应器系统包括容纳结构化催化剂的耐压壳，所述结构化催化剂被布置用于催化原料气的所述氨裂解反应，所述结构化催化剂包括导电材料的宏观结构，所述宏观结构支撑陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层支撑催化活性材料；其中所述反应器系统在所述结构化催化剂和所述耐压壳之间设置有热绝缘层；所述方法包括以下步骤：

-将所述原料气加压，

-通过入口将所述加压的原料气供应到所述耐压壳，所述入口的位置使得所述原料气在所述结构化催化剂的第一端进入所述结构化催化剂；使原料气在结构化催化剂上进行氨裂解反应以及从所述耐压壳中排出产物气，其中所述产物气从所述结构化催化剂的第二端离开所述结构化催化剂；

-经由将放置在所述耐压壳外部的电源连接到所述结构化催化剂的电导体提供电功率，允许电流流过所述宏观结构，从而将结构化催化剂的至少一部分加热到至少300℃的温度，其中所述至少两个导体在结构化催化剂上更靠近所述结构化催化剂的所述第一端而不是所述结构化催化剂的所述第二端的位置处连接到结构化催化剂，并且其中所述结构化催化剂被构造成引导电流从一个导体基本上流向结构化催化剂的第二端并回到所述至少两个导体中的第二个，从而将结构化催化剂的至少一部分加热到足以使所述原料气在结构化催化剂上经历氨裂解反应的温度，从而将结构化催化剂的至少一部分加热到足以使所述原料气在结构化催化剂上经历氨裂解反应的温度，

-使包含氢气的产物气从反应器系统排出。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述方法还包括将包含氢气的产物流进料到提质单元并将其分离成提质的氢气流和废气流的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述方法还包括将产物气或来自所述提质单元的提质的氢气流进料到下游设施进行电力生产的步骤。

10.一种在根据权利要求1-23中任一项所述的反应器系统中将包含氨的原料气的金属催化氨裂解反应从第一稳态反应条件(A)快速切换到第二稳态反应条件(B)或从第二稳态反应条件(B)快速切换到第一稳态反应条件(A)的方法；所述方法包括以下步骤：

在所述第一稳态反应条件(A)中：

-以第一总流量向反应器系统供应所述原料气，和

-经由将放置在所述耐压壳外部的电源连接到所述结构化催化剂的电导体提供第一电功率，从而允许第一电流流过所述导电材料，

从而将结构化催化剂的至少一部分加热到第一温度，在所述第一温度下，使所述原料气在所述第一稳态反应条件(A)下在所述结构化催化剂上转化为第一产物气混合物；以及使所述第一产物气从反应器系统中排出；

以及，在所述第二稳态反应条件(B)中：

-以第二总流量向反应器系统供应所述原料气，

-经由将放置在所述耐压壳外部的电源连接到所述结构化催化剂的电导体提供第二电功率，从而允许第二电流流过所述导电材料，

从而将结构化催化剂的至少一部分加热到第二温度；在所述第二温度下，使所述原料气在所述第二稳态反应条件(B)下在所述结构化催化剂上转化为第二产物气混合物；以及使所述第二产物气从反应器系统中排出；

其中所述第二电功率高于所述第一电功率；和/或所述第二总流量高于所述第一总流量。