基于氨分解现场制氢的加氢站系统性能研究

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为解决由于传统能源所带来的各种问题,人类开始寻找新能源,在众多形式的新能源中,氢能被认为是替代传统化石能源最好的新能源之一,而对于氢能的利用,也是目前全球能源研究的热点之一。其中在对氢能的利用中,氢燃料电池汽车为其主要的应用方向之一,本文针对目前制约氢燃料电池汽车发展的加氢站问题进行研究。氢本身比较难以压缩,因此其储存和运输的成本相对较高,这不利于加氢站的建设和运营。而氨作为氢的有效载体可很好的解决氢气的储存和运输问题,因此采用氨分解现场制氢的加氢站是一个很好的选择,在此研究背景下本文具体研究内容及相关结论如下:(1)在化工模拟软件g PROMS的平台上搭建了氨分解制氢系统模型,将部分的氨分解产物气作为燃料进行燃烧以供给氨分解反应所需热量,在此基础上分析了氨分解制氢的系统性能和其相应的影响因素,找到了在不同反应温度下,氨分解制氢的最佳反应条件,并分析了不同进料压力对氨分解制氢转化率的影响。(2)针对氨分解产物中氢气的提纯过程,建立了变压吸附与膜分离单元的数学模型,对比分析了变压吸附、多级膜分离以及六种变压吸附-膜分离耦合方案在氢氮气分离工艺中的性能与经济性,考察了运行压力、氢浓度、分离膜种类等因素的影响,模拟分析结果表明,在满足加氢站氢气纯度要求的前提下,“变压吸附-膜分离”混合分离系统具有最低的综合成本。(3)通过分析现有技术条件下氨分解现场制氢加氢站的投资和运维费用,考察了日加氢能力和加氢压力对制氢成本的影响。结果表明,小型氨分解现场制氢加氢站(500kg H2/day,35MPa)的制氢成本约5.56€/kg H2,70MPa加氢压力对应的制氢成本约比35MPa的高16%~18%,而在加氢压力相同时,2000kg/day规模加氢站的制氢成本约比500kg/day的低5%~7%。
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