T/HBEACA 湖北省电动汽车流通协会团体标准 T/HBEACA-008-2023 电化学分解氨制氢工艺技术规程 Technical specification for electrochemical decomposition of ammonia for hydrogen production 2023-11-14 发布 湖北省电动汽车流通协会 2023-11-14 实施 发布 T/HBEACA 008 -2023 目 次 前言 .................................................................................. II 引言 ................................................................................. III 1 范围 ................................................................................. 1 2 规范性引用文件 ....................................................................... 1 3 术语和定义 ........................................................................... 1 4 工艺流程 ............................................................................. 1 4.1 制氢工艺 ......................................................................... 1 4.2 氢气纯化工艺 ..................................................................... 2 5 技术要求 ............................................................................. 2 5.1 工作条件 ......................................................................... 3 5.2 原料及介质要求 ................................................................... 3 5.2.1 原料水要求 ................................................................... 3 5.2.2 电解质要求 ................................................................... 3 5.2.3 电解氨水要求 ................................................................. 3 5.2.4 冷却水要求 ................................................................... 3 5.3 设备技术要求 ..................................................................... 4 5.3.1 电源 ......................................................................... 4 5.3.2 电解槽 ....................................................................... 4 5.3.3 氢气纯化装置 ................................................................. 5 5.3.4 电解液循环系统 ............................................................... 5 5.3.5 氢气系统 ..................................................................... 5 5.3.6 氮气系统 ..................................................................... 5 5.3.7 电解液补充系统 ............................................................... 6 5.3.8 冷却水系统 ................................................................... 6 5.3.9 充氮与氨气吹扫系统 ........................................................... 6 5.3.10 排污系统 .................................................................... 6 5.3.11 控制系统 .................................................................... 6 6 产出物指标 ........................................................................... 7 I T/HBEACA 008 -2023 前 言 本文件按照 GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第 1 部分： 标准化文件的结构和起草规则》给出的 规则起草。 本文件的某些内容可能涉及专利，本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本文件由武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司提出。 本文件由湖北省电动汽车流通协会归口。 本文件主要起草单位：武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司，中汽研汽车检验中心（武汉）有限公 司，武汉启成方略企业管理咨询有限公司。 本文件主要起草人：江坤，唐廷江，徐扬，方苍松，刘勇，黄易元，涂发平，陈浩祥，陈宏，柳东 威， 张龙。 II T/HBEACA 008 -2023 引 言 电化学方法制氢被认为是绿色高效的氢气制备方式，因其产氢纯度高，设备操作简便，可分布式制 氢等优势，使得电解制氢技术受到广泛重视。目前常用的电解制氢方式为电化学分解水产生氢气和氧气， 对氢气进行提纯收集，得到高品质氢气。 无论是碱性电解水制氢或者质子交换膜电解水制氢受水分解活化能较高的影响，需要消耗大量电能 使水分解。因此导致电解水制氢成本较高，在电力成本高的地区不适合大规模推广。此外，电解水制得 氢气的运输成本也是限制其发展的主要原因。 采用电化学分解氨代替电解水制氢是一种切实可行的电化学制氢方法，氨作为一种含氢量高的小分 子化合物，作为氢载体具有明显的优势。氨储氢密度高，易于压缩与运输，能够在较低的电压下发生分 解，能够充分弥补电解水制氢的不足。 目前电化学分解氨制氢技术作为一种区别于传统电解水制氢技术，在实验室研究阶段已经成熟，正 走向产业化过程。由于目前对于电化学分解氨相关产业规范涉及较少，其中包含大量电气设备操作及化 学品，有必要根据电化学分解氨特性提出电化学分解氨制氢规程。 本规程提出的电化学分解氨制氢系统的相关路径、技术要求，操作规范。本规程适用于中小规模， 工作压力大于 0.3 MPa 且小于等于 1.6 MPa 电化学制氢系统。 III T/HBEACA 008 -2023 电化学分解氨制氢技术规程 1 范围 本文件规定了电化学分解氨制氢工艺的要求。 本文件适用于中小规模，工作压力大于 0.3 MPa 且小于等于 1.6 MPa 电化学分解氨制氢的生产过程。 2 规范性引用文件 本文件没有规范性引用文件。 3 术语和定义 3.1 电化学分解氨制氢 电化学分解氨制氢是指在碱性溶液中溶入氨，配制一定浓度的氨水，在直流电的作用下，将溶解在 水中的氨分解为 H2 和 N2。在此过程中水作为溶剂，反应前后总量不变。电解液中的强碱，例如 KOH 或 NaOH 作为电解质起导电作用，反应前后同样不发生变化。在电解过程中，由于氨水属于弱电解质，电 离程度不大，导电能力低，容易引起溶液电阻过大的，产生过度内阻消耗的问题，故在溶液中加入导电 性强的强电解质，使得氨能顺利发生分解。此外，相关研究表明，碱性条件下，氨更易发生分解，故选 择在溶液中加入强碱，有利于氨发生分解。氨分解的电极反应为： 阴极：2NH3 + 6OH –6e → N2 + 6H2O，E 阳极 = -0.77 V； 阴极：6H2O + 6e → 3H2 + 6OH ，E 阴极 = -0.83 V； 总反应：2NH3 → N2 + 3H2，E 总反应 = 0.06 V。 3.2 氢气纯化 电解产生的氢气从电解槽排气口输出，原料气中可能含有微量的氨气和氧气，所含气体由分解电压 和反应物浓度决定。提纯主要方法原理为：首先经过酸洗，去除残余的氨气。其次含有微量氧气及附带 水汽的氢气进入汽水分离器分离，除去游离的冷却水后，进入脱氧器，在 Pd 催化剂作用下，原料气中 的杂质氧与氢反应生成水气。脱除残余杂质氧气后的氢气，冷凝后进入干燥器，经分子筛吸附去湿进行 三塔联动干燥，获得纯氢产品。 4 4.1 工艺流程 制氢工艺 电化学分解氨制氢工艺流程如图 1 所示。整个碱性电解氨制氢装置主要分为三大部分，电解制氢装 置，氢气纯化装置，电解液循环装置。主要工艺流程如下： a) 将液氨减压后通入去离子水中，配制一定浓度的氨水溶液，转移至碱液罐，由碱液泵注入电解 槽； 1 T/HBEACA 008 -2023 b) c) d) e) 电解槽通入直流电，在对应的电流和电压下，氨分解产生氢和氮，由中压氨水电解所得氢和氮， 首先经过吸收液除去气体中携带的微量氨气，并作初步冷却； 所得气体经汽水分离器分离去除游离水，所得氮气直接排空或收集作吹扫气，所得氢气进入脱 氧器（温度范围 80 ℃～100 ℃），