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分离系统

阅读：247发布：2020-05-12

专利汇可以提供分离系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及从以氨 (NH3)的形式提供的氢箱高效率和高流动地产生和纯化氢的领域。特别地，本发明特别描述了一种创新且紧凑的系统，用于氨的离解，因此生产分子态氢(H2)，循环中的全部完全没有碳 (于是，碳排放)以及一氧化氮和二氧化氮(NOX)的产生。，下面是分离系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于从NH3生产氢的系统，包含至少氢排出腔室(100)、至少氢分离膜(2)和氨分配系统(3)，包含合适于在该氢分离膜(2)和该氨分配系统(3)之间的区域中诱导等离子体形成的系统，导致NH3分子几乎完全离解，随后通过该氢分离膜将所得的H和H2扩散，所述分离系统特征在于，包含用于H2的至少单个氢排出腔室(100)，以及在于包含能量节约总体热量交换器(27)，专用于通过在该热量交换器(27)内使进料NH3流(23)和产物N2(24)和H2(25，F)流逆流行进来优化恢复提供给该进料NH3流(23)的焓，以便最大化所述系统(1)的能量效率。
2.如权利要求1所述的用于从NH3生产氢的系统，其特征在于，包含热力隔离系统(28)，封装NH3离解装置(26)和能量节约总体热量交换器(27)两者，优选地，以类似于低温恒温器的真空隔离系统的形式，用来最小化到周围环境的热力损失，以及进一步优化所述系统的能量效率。
3.如在前权利要求所述的用于从NH3生产氢的系统(1)，其特征在于，其中，所述单个氢排出腔室(100)可以容纳单组或多组膜(2)，支持更大的分离活性表面，使氢生产单元的构造简单，能够维持氢的大生产速率及其采用于汽车、工业和消费者应用。
4.如在前权利要求所述的用于从NH3生产氢的系统(1)，其特征在于，所述氢排出腔室(100)适于在低压力下运行，以便优化越过一个以上氢分离膜(2)到该腔室(100)的H和H2的梯度，所述氢分离膜适于优化穿过所述膜的H2和H梯度，流动和/或压力调节阀(55)适于调节该氢排出腔室(100)下游的H2压力，所述调节阀(55)定位在所述腔室(100)和相关燃料电池(33)之间，因而保持所述梯度和优化产物H2流(25)流动速率(F)。
5.如在前权利要求所述的用于从NH3生产氢的系统(1)，其特征在于，所述系统包含泵(50)，所述泵(50)定位在来自该氢排出腔室(100)的H2产物流(25)的释放点(11)和H2箱(30)之间，允许最小化该氢排出腔室(100)中的压力，同时容许增加接收H2产物流(25)的H2箱(30)中的压力，同时最大化H2的储存以及该氢分离膜(2)中的H和H2的梯度，又最大化该H2产物流(25)流动速率(F)。
6.如在前权利要求所述的用于从NH3生产氢的系统(1)，其特征在于，其中，所述系统包含一个以上Pd基氢分离膜(2)，优选地，由具有闭合端的壳(2)组成，装备有内部氨分配系统，优选地，以壳中管(3)的形式，优选地，由不锈钢或其他金属制成。
7.如在前权利要求所述的用于从NH3生产氢的系统(1)，其特征在于，其中，所述至少一个以上Pd基氢分离膜或壳(2)的构造容许在该氢分离膜或壳(2)和该氨分配系统或管(3)之间的环形区域中进料氨(23)的流动，最大化该氢分离膜或壳(2)的表面与包含在该氢分离膜或壳(2)和该氨分配系统或管(3)之间的区域的体积之间的表面-体积比率，其中，引入氨等离子体，所以又最大化活性氢分离膜或壳(2)的每单位面积的氢的生产速率。
8.如在前权利要求所述的用于从NH3生产氢的系统(1)，其特征在于，其中，所述氨分配系统或管(2)包含尖锐火花尖端(4)，所述火花尖端(4)定位在该氢分离膜或壳(3)和该氨分配系统或管(2)之间的区域中，所述火花尖端(4)使在相对低的电压下产生等离子体放电容易，因而有助于减少输送来维持等离子体诱导和形成的HV脉冲的峰值电压，又辅助NH3的等离子体离解。
9.如在前权利要求所述的用于从NH3生产氢的系统(1)，其特征在于，其中，该分离系统装备有能量储存系统，所述能量储存系统由H2箱(30)和/或电力电池系统(21)制成，可以用以提供能量，以通过加热线圈12而快速且自主地使该NH3离解单元变热，以便在开始运行的时候，使其迅速地处于运行温度范围内。
10.如在前权利要求所述的用于从NH3生产氢的系统(1)，其特征在于，其中，该氢分离膜由可能的Zr基和Ni基膜制成，相对于标准Pd-Ag氢分离膜，具有减少成本的优点，或者，利用陶瓷支撑的薄层或单层替换，具有减小被H和H2跨过的氢分离膜的厚度的优点，因而又增加氢生产速率，或者，利用不同几何构型的氢分离膜替换，用于最大化NH3和该氢分离膜之间的接触，利用可能的和随之发生的该氨分配系统的对应几何构型的修改，具有容许不同模块化构造的该NH3离解装置的可能的优点，，有利地导致氢分离膜的活性表面和NH3等离子体区域的整体体积之间的比率增加。

说明书全文

分离系统

技术领域

[0001] 本发明涉及从以无水氨(NH3)的形式储存的氢的贮存器高效率和高通量地产生和纯化氢的领域。特别地，本发明描述一种创新且紧凑的系统，用于氨的离解，由此生产分子态氢(H2)，循环中的全部完全没有碳(于是，碳排放)以及一氧化氮和二氧化氮(NOX)的产生。该创新型系统设计成大致完全恢复焓，这是将无水氨进料流加热到离解处理需要的工作温度需要的焓的优化恢复，以及消除潜在地进入废物流的甚至少量痕迹的无水氨和氢，这又确保废物流实质上仅由来自氨离解的分子态氮(N2)和来自相关燃料电池中氢氧化的水蒸气(H2O)组成。

背景技术

[0002] 本领域技术人员已知NH3是有效率的氢载体和能量储存介质。氨的许多诱人方面包括：氢的质量分数非常高(18％)；有可能在室温和中等(8.5bar)压力下将其储存为液体；每单位体积的能量数值高；鉴于氨的主要成分(氮和氢)容易从大气中和从水中提取，有可能从任何可以想到的能源(煤炭、天然气、核、水力发电、风、太阳、生物质、热液、潮汐)生产氨。

[0003] 事实上，有可能从任何能源生产对氢(考虑用于能量储存的另一元素)本身而言是常见的；然而，氨的储存比氢的储存更加灵活、有效率和安全。此外，氨是大规模生产用于集约农业种植的肥料的最基本的成分：因此，氨一直位居世界上产量最大的三种化学产品之列，重要基础设施就位于美国和俄罗斯，用于大规模分配无水氨，包括延绵数千千米的专用管线。针对氨的储存、运输、处置和操作的安全记录是广泛且易于得到的：相关的风险被视为与汽油和液化石油气相关的风险相当。最后但并非最不重要的是，氨是环境友好的：它不含有碳，不是温室气体，唯一相关的环境风险是在它燃烧时生产NOX。

[0004] 在用于车辆推进的燃烧发动机中使用氨作为燃料的历史可以追溯到1930年代，并且是众所周知和有案可查的。氨过去和现在均在火花点火发动机和压缩点火发动机中运用，但大体以与传统燃料组合的混合物。因而，在燃烧发动机中使用氨作为混合燃料的成分导致强烈抑制碳排放，但不是完全没有碳；此外，在燃烧处理期间生产NOX甚至变得更加关键。

[0005] 本领域技术人员已知，一种用于提取储存在无水氨中的能量的有趣方法依赖于其离解，该离解将根据反应生产分子态氮和氢：

[0006] 2NH3→N2+3H2

[0007] 本领域技术人员立即清楚的是，能够得到下述创新型装置或方法，对于各种各样大规模和小规模应用将非常有吸引力：能够有效率地和有效地将氨离解成氮和氢同时最小化对周围环境的热力损失，因而保留氢产物流中的自由能，这又可以通过使用标准燃料电池转化成直流电能，作为部分循环的全部大致完全没有碳，以及没有产生一氧化氮和二氧化氮；所述装置或方法对于大规模工业应用、对于能量的储存和再生/消耗会是令人感兴趣的；此外，所述装置或方法可以服务于从车辆上的氨箱在车辆上产生分子态氢，而氢又被运用来经由燃料电池产生车辆的汽车动力，而同时仅分子态氮和水蒸气(H2O)被释放到环境中而没有任何污染，因而实现用于车辆推进以及其他工业用途或消费者用途的无碳和无NOX循环。

[0008] 当与锂基(或其他类型的)电池中的能量储存相比时，如电动轿车中普遍使用的，上面提到的本身能够在车辆上生产汽车动力的氨循环是优选的，因为它允诺更长的行驶里程以及更容易和快速的再充注：100升的氨箱加注将提供500km的行驶里程，能够与利用40升汽油箱加注获得的行驶里程相比；与再加注一般保证约200km的行驶里程的电力电池需要的若干小时相比，氨箱加注将需要与汽油箱加注相似的程序和时间。

[0009] 在现有技术中，已论述并实现了用于无水氨离解的装置，诸如等离子体反应器和膜等离子体反应器。现有技术中已知的最先进的装置是膜等离子体反应器：它由外部石英柱体构成，含有内部金属柱体，部分地被氢分离膜覆盖；在石英表面和金属柱体之间的间隙空间中(供应有进料NH3流)，供给高电压放电诱导等离子体的形成，导致NH3分子几乎完全离解。一旦离解，考虑到它们的密度梯度，所得的氢自由基(H)被氢分离膜强烈吸附，并通过扩散驱动越过膜本身。所述膜等离子体反应器显示为在生产高纯度氮时有效，如氢分离膜所容许的，氢分离膜强烈禁止NH3和N2通过膜本身转移的转移。然而，所述反应器确实不利地需要供给非常高的电压脉冲以产生和维持等离子体，为处置高电压输送和控制引入技术挑战；由于它依赖于外部石英柱体作为针对NH3等离子体的包容容器，所以它不适用于氢分离膜的模块化使用，因而阻抑维持对于汽车和工业应用必要的H2的生产速率的可能性；最后但并非最不重要的是，它不适用于提供给NH3进料流的焓的优化恢复，因而造成不利的能量无效率，这又将使装置从NH3中提取能量的吸引力更少，减少其采用于汽车和工业应用的诉求。

发明内容

[0010] 本发明的目的是克服背景技术的缺点。

[0011] 本发明的进一步目的是描述一种高效率的分离系统，所述分离系统将包含用于从NH3贮存器生产氢的紧凑装置，包含用于NH3离解的装置，导致生产超纯H2流，以在燃料电池中使用，以便产生直流电形式的能量，这又可以被用于各种用途，优选地，车辆推进；同时导致生产仅仅含有N2(来自氨离解阶段)和H2O(来自相关燃料电池中氢氧化阶段)的废物流；因此，提供完全没有碳的能量储存和释放的循环，同时本质上禁止NOX的生产。

[0012] 本发明的进一步目的是描述一种用于从NH3贮存器生产H2的系统，将能够容易地扩展以适应H2生产速率的可变范围，于是，满足从车辆推进到各种大规模工业用途以及可能的小规模消费者用途的变化范围的需求。

[0013] 本发明的进一步目的是描述一种用于NH3离解的系统，在发生NH3离解的NH3等离子体的核心区域中以最低可能温度运行，以便增加部件的寿命跨度和长期可靠性，以及减小装置的复杂性。

[0014] 本发明的进一步目的是描述一种用于NH3离解的系统，运用最低可能电压用于诱导火花诱导等离子体，以便增加部件的寿命跨度和长期可靠性，以及减小装置的复杂性。

[0015] 本发明的进一步目的是描述一种创新型系统，通过使用有效率的和有效的总体热量交换器，在它的温度提升到NH3等离子体区域的温度时，有利地具有恢复提供给输入NH3进料流的焓的最佳效率，在总体热量交换器中，进料NH3流与产物N2和H2流逆流行进。

[0016] 本发明的进一步目的是描述一种系统，能够从废物流剥离任何NH3和H2的残余物，将废物的组成实质上限制为仅N2和H2O元素。

[0017] 本发明的进一步目的是描述一种用于H2生产的创新型系统，适用于氢分离膜的模块化、大规模部署，以便为由装置本身产生的产物H2流的产物流动速率F提供宽泛且可调的范围。

[0018] 最后，本发明的另一目的是描述一种与能量储存系统联接的用于H2生产的创新型系统，能量储存系统由H2贮存器和/或电力电池系统制成，其可以被用以快速且自主地使NH3离解单元变热，以便在开始运行的时候，使得其迅速地处于运行温度范围内。

[0019] 本发明的这个和进一步目的将通过构造用于从NH3生产氢的创新型系统来有利地实现，所述系统是分离系统，包含至少氢排出腔室，至少氢分离膜和氨分配系统，包含合适于在氢分离膜和氨分配系统之间的区域中诱导等离子体形成的系统，导致NH3分子几乎完全离解，随后通过氢分离膜将所得的H和H2扩散，所述分离系统特征在于，包含用于H2的至少单个氢排出腔室，在于包含能量节约总体热量交换器，专用于通过在能量节约热量交换器内使进料NH3流和产物N2和H2流(后者的流动速率带来F)逆流地行进来优化恢复提供给进料NH3流的焓，以便最大化系统的能量效率。

[0020] 而且，所述系统创新地包含至少一个以上氢分离膜，所述腔室在低压力下运行，以便最大化越过一个以上氢分离膜到腔室的H和H2的梯度，所述梯度通过借助于压力和/或流动调节阀调节氢排出腔室下游和越过燃料电池的H2压力来优化，所述压力和/或流动调节阀定位在所述腔室和所述燃料电池之间，因而优化所述梯度以及优化产物H2流流动速率F。

[0021] 借助于专用压力和/或流动调节阀调节到燃料电池系统的H2的流动，进料给分离系统的NH3进料流也是一样，也借助于专用进口阀调节。所以，本发明的核心是反应器的结构有变动。不涉及到石英柱体。有利地，代之，单个腔室(优选地，由金属构建)用作由单组或多组膜分离的H2的排出；如所述，腔室以其可以在低压力下运行的方式构建；事实上，调节阀的存在和作用(到燃料电池系统的H2的流动借助于专用出口阀进一步调节，以便分离系统中NH3的进入又借助于专用入口阀调节)允许将氢排出腔室下游的H2压力调节到略微在燃料电池的排出以上的数值(必须在大气压力下设定)；针对氢排出腔室下游的H2压力的一般运行数值在2bara的范围内；这允许优化越过氢分离膜的H2的梯度，因而优化H2的生产速率(F)。

[0022] 在本发明的进一步实施例中，通过使用适当的泵，腔室甚至可以在大气压力以下部分地或几乎全部地排空；事实上，可选的泵的存在允许最小化氢排出腔室中的压力，同时增加接收具有流动速率F的H2产物流的H2箱中的压力，优化H2的储存，以被使用为局部能量缓冲器；作为结果，这容许最大化氢分离膜中H和H2的梯度，又最大化产物H2流的流动速率F，同时最小化从氢分离膜(含有等离子体区域)到周围腔室的热量传递。

[0023] 有利地，该单个氢排出腔室可以容纳单组或多组膜，因此又支持更大的分离活性表面，因此又使氢生产单元的构造简单，能够维持氢的大生产速率及其采用于汽车、工业和消费者应用。

[0024] 创新地，所述燃料电池系统倾向于以直流电的形式从H2氧化释放能量，准备用于各种用途的消耗。

[0025] 所述一个以上氢分离膜优选地为具有一个打开端和一个闭合端的细薄管形式，通过小的间隙空间从氨分配系统紧密地分离，优选地，以金属的形式(优选地，不锈钢)；具有两个打开端的管在氢分离膜内侧行进，而在氢分离膜和氨分配系统之间进一步存在火花尖端，优选地，以与氨分配系统连接的火花尖端的形式。

[0026] 而且，该创新型分离系统特征还在于包含热力隔离系统，封装NH3离解装置和能量节约总体热量交换器两者，优选地，以类似于低温恒温器的真空隔离系统的形式。

[0027] 在原型阶段，该腔室可以方便地容有Pd-Ag管形式的膜(厚度范围为几十微米)，其作为氢分离膜的特性在数十年间已知，并且在文献中有很好记载和详细介绍，其最常见地用于H2 净化器，为各种基础科学和工业应用提供高纯度H2；

[0028] 标准Pd-Ag管的壳状几何构型允许以具有两个打开端的壳中管式金属(优选地，不锈钢)管的形式氨分配系统无缝地插入Pd-Ag膜/壳内，以便允许在氢分离膜和氨分配系统之间的间隙空间中的NH3进料，随着产物N2流输运到位于邻近氢分离膜的闭合端的打开端中，最后从管状氨分配系统的另一打开端中提取；该拓扑结构(工业和研究用氢净化器中常见地采用的一种)在此首次创新地被描述在从氨离解生产氢的装置的背景下；以非常有利的方式，该特别的构造允许在氢分离膜(优选地，Pd-Ag膜/壳)和氨分配系统(优选地，壳中管式不锈钢管)之间的环形区域中进料氨的流动，因而最大化氢分离膜/壳的表面和包含在氢分离膜/壳和氨分配系统/管之间的区域(氨等离子体在此激发)的体积之间的表面-体积比率，具有最大化活性氢分离膜的每单位面积的氢的生产速率的所得优点；所得的氮排出流在Pd-Ag管的闭合端处、在不锈钢管的内侧被输运，并且被从那里通过第二打开端或不锈钢管输运到系统外侧；

[0029] 以非常创新的方式，该具体构造除了最大化氨等离子体和氢分离膜之间的接触区域，因而最大化氢生产速率之外，还在不锈钢管内并入数个火花尖端，这有助于减少维持等离子体的形成而将被输送的HV脉冲的峰值电压；HV峰值脉冲的减少允许简化HV输送和控制系统的设计。

[0030] 此外，另一新颖性是引入一种能量节约总体热量交换器，以几乎全然恢复提供给NH3进料流的焓，以使得气体处于NH3离解需要的运行温度范围内。这是特别重要的，因为热量形式的能量将传递到氨，并从那里传递到氢分离膜和氢排出腔室。缺乏能量/焓恢复系统将阻抑系统的整体性能，由于能量将以热量的形式损失到环境中。本发明描述通过使用一集成的能量节约总体热量交换器恢复几乎全部提供给NH3进料流的热量来经济化效率损失的系统，其中进料NH3流与产物N2和H2流逆流地行进，因而达成氢分离系统的最佳可能的能量效率。

[0031] 此外，另一新颖性是引入一种热量隔离系统，优选地，以真空隔离系统的形式，由装备有多层隔离箔的真空区域构成，类似于低温恒温器，封装NH3离解装置和能量节约总体热量交换器两者，以几乎全然最小化到周围环境的热量损失，因而达成整体装置的最佳可能的能量效率。

[0032] 本发明有利地描述的另一创新型方面是引入加热线圈以预加热容纳氢分离膜的H2排出腔室，连同引入电池系统和/或H2储存箱一起；这些单元的组合，以及H2和或向加热线圈提供必要能量的电力电池，容许加热氨离解装置并使得其处于起动氨离解需要的温度范围内，全部起始于从本地储存在H2贮存器和/或电力电池中的能量；

[0033] 最后但并非最不重要的是，还创新的和有利的是引入三床PSA系统，用于从N2废物中恢复和再循环NH3和H2痕迹(trace)；这是特别有利的，因为它潜在地提供保证从氢分离膜释放在大气中的废物流仅(或主要地，在高纯度水平)由来自氨离解阶段的N2制成(当然，此外，及来自燃料电池中的H2氧化的H2O)。

[0034] 其他可能是实施例包括但不限于：

[0035] 1.可能使用Zr基和Ni基膜，相对于标准Pd-Ag氢分离膜，具有减少成本的优点；

[0036] 2.利用陶瓷支撑的薄层或单层替换膜，具有减小被H和H2跨过的氢分离膜的厚度的优点，因而又增加氢生产速率；

[0037] 3.使用不同的几何构型，用于最大化NH3和氢分离膜之间的接触，具有容许不同模块化构造的NH3离解装置的可能的优点，可能导致氢分离膜的活性表面和NH3离解装置的整体体积之间的比率增加；

[0038] 4.使用不同的几何构型，用于火花尖端，具有进一步减少诱导等离子体需要的电压峰值脉冲的优点，并且使HV输送和其控制更加实用；

[0039] 5.包括真空泵以减小H2排出腔室的压力，因此增加通过膜的压力差，因而最大化膜中的H和H2梯度和整体H2生产速率；H2排出腔室在低压力下运行的第二个直接益处是最小化传递到排出腔室本身的热量，以及通过由热量隔离系统提供的热量屏障从潜在损失恢复的需求。附图说明

[0040] 缘于这里描述的用于NH3离解和H2生产的创新型装置而获得的这个及更多优点将在下文参考非限制性示例进一步描述，非限制性示例在附图中提供用于说明性、非限制性目的。这些附图图示本发明的不同方面和实施例，并且在适当的情况下，结构、部件、材料和/或相似元素在不同附图中用相似的附图标记指示：

[0041] 图1图示根据本发明的用于NH3的车载离解和H2的生产的装置的优选实施例；

[0042] 图2图示根据本发明描述的创新型装置中发生的处理的优选实施例的流程图。

具体实施方式

[0043] 虽然本发明易于进行各种修改和替代构造，但是，在附图中示出了图示实施例的一些，下面将详细描述。

[0044] 然而，必须理解，无意将本发明限制为图示的具体实施例，而是，反之，本发明意在涵盖落入权利要求书中限定的本发明范围内的所有修改、替代构造和等效形式。

[0045] 使用“诸如”、“等”、“或”指示非排他性替代，而没有限制，除非另有指示。

[0046] 使用“包括”意指“包含但不限于”，除非另有指示。

[0047] 图1图示用于氢生产的创新型分离系统的优选实施例。

[0048] 分离系统1的主包容容器或氢排出腔室100优选地由不锈钢或其他耐热金属(锆)制成。分离系统包含一个以上Pd基H2分离膜2，优选地由具有闭合端的Pd(77％)-Ag(23％)壳和具有内部壳中管3的(优选地)金属(不锈钢、锆)组成，用作氨分配系统，装备有尖的火花尖端4。通过使用隔离对准器5，管3在膜/壳2的中心处对准，隔离对准器5含有中空区段，使得它们不中断气体流动。NH3通过入口端口9进入反应器中，在膜/壳2和管3之间的空间中流动，本实施例中的入口端口包含入口调节阀51(图2中示出)。通过加热线圈12，温度保持在500-800K的范围内。

[0049] NH3的等离子体离解还通过在施加于氨分配系统(管3)和氢分离膜(壳2)之间的相对低的电压(几百V)下的等离子体放电而创新地辅助，始自与管3连接的火花尖端4。为了确保等离子体放电沿着远离其两端的管3和壳2的截面集中，管3的两端在其开始和结束处被隔离套筒6和7覆盖。

[0050] NH3完全离解，H自由基被Pd-Ag膜强烈地吸附，然后通过越过它的强大的压力差驱动而通过膜扩散：一般，Pd-Ag膜内部的压力在绝对压力从8到10bar的(也称为bara)范围内，来源于室温液体NH3储存，并且膜外部的压力控制在几bara(一般但不限于2bara)附近，即，它在比NH3的压力低得多的体制下运行。所述低压力，即，2bara或邻近数值的压力创新地且有利地容许最大化越过一个以上氢分离膜到腔室100的H和H2的梯度，所述梯度通过调节氢排出压力腔室100下游的H2的压力最大化，因而最大化产物H2流动速率(F)。

[0051] H2通过H2提取端口11提取，缘于氢分离腔室100的运行特性，它的纯度保证大于99.999％。在一个实施例中，提取端口可以包含用于调节产物H2流25的流动速率F的出口阀
52(这里未示出，但在图2中示出)。该装置还包含用于N2的出口端口10。还如上面提到的，隔离器6和7用以防止维持NH3等离子体的放电聚焦在氢分离膜2和相关氨分配系统3的两端。
凸缘8密封氢排出腔室100，同时还容纳NH3进料流的入口以及N2废物流和H2产物流的出口；
N2的出口通过专用出口阀53(图2中示出)调节。

[0052] 图2图示分离系统，该分离系统是具有相关的创新焓恢复系统的氨离解装置，包含逆流能量节约总体热量交换器27和非常有效率的热力隔离28，优选地为真空隔离低温恒温器的形式；氢节约器29，由变压吸附(PSA)单元组成，优选地具有三床吸附系统；用于装置启动程式的能量储存，由H2贮存箱30和车载电力电池21组成。

[0053] NH3箱22将NH3进料流23提供给氨离解装置26，即，图1的腔室100，腔室100将其分离成两个排出流，N2流24和H2流25。氨离解器封闭到高效率逆流能量节约总体热量交换器27中，总体热量交换器27处理进料流23和两个排出流25和26，具体地，从两个热排出流中恢复焓并将它转移到冷进料流中；高效率能量节约总体热量交换器27必须达到大于95％的效率，并且与氨离解器一起完全封闭在有效率的热力隔离系统28中。

[0054] 通过端口10从氨离解装置26提取的N2废物流可能含有少量NH3和H2杂质：在能量节约总体热量交换器27中冷却后，N2排出流被引导通过变压吸附(PSA)单元29，优选地，利用三床吸附系统，其去除NH3和H2痕迹32，然后其可以被泵送回到进料流23中。

[0055] 一旦冷却，H2流25(借助于H2分离膜2，其纯度确保好于99.999％)作为最终产物，通过缘于所述压力调节阀55获得的压力差驱动到H2储存箱30，并从那里到燃料电池33，在此有利地经由利用来自空气20的O2的氧化将其转化成水34和电能35。

[0056] 所以，所述氢排出腔室100适于在低压力下运行，以便优化越过一个以上氢分离膜2到腔室100的H和H2的梯度，所述氢分离膜适于优化穿过所述膜的H2和H梯度，所述流动和/或压力调节阀55调节氢排出腔室100下游的H2压力，所述调节阀55定位在所述腔室100和相关燃料电池33之间，因而保持所述梯度和优化产物H2流25流动速率F。

[0057] 水蒸气34返回到空气20。电能35可以储存在车载电池21中和/或转变成机动能36，诸如移动轿车、卡车或公共汽车所需要的。

[0058] 如这里上面所述，泵50可以可选地引入，以减小H2排出腔室100(对应于图2中的单元26)的压力，因此增加通过膜2的压力差，因而最大化膜中的H和H2梯度和整体H2生产速率；H2排出腔室在低压力下运行的第二个直接益处是最小化传递到排出腔室本身的热量，以及通过由热量隔离系统提供的热量屏障从潜在损失恢复的需求。特别地，在一个实施例中，泵
50定位在来自氢排出腔室100的H2产物流25的释放点或提取端口11和H2箱30之间。

[0059] 当氨离解装置或分离系统是冷的并且需求使得其处于用于起动运行的温度时，可以通过使用来自车载电池21的电能和/或通过储存在H2箱30中的H2生产的电能35来达成。

[0060] 所以，从对所述创新型分离系统1的创新型部件的描述中可以清楚地显出，描述的全部目的都借助于越过氢分离膜2到腔室100的H2的梯度的所述优化来获得，这生成到H2箱30和燃料电池33的压力驱动连续流动H2，氢排出腔室下游的压力通过压力和/或流动调节阀55以及压力和/或流动调节阀51和52的存在和作用来优化，因而优化氢的生产；借助于分离膜的表面，其容许优化H2的分离；借助于氢分离膜(膜/壳2)和氨分配系统(管3)之间的火花尖端，优选地，以与氨分配系统(管3)连接的尖锐尖端的形式，有助于减少输送来维持等离子体形成的HV脉冲的峰值电压；HV峰值脉冲的减少允许简化HV输送和控制系统的设计；
借助于引入能量节约总体热量交换器27和热力隔离系统28以几乎全然恢复提供给NH3进料流的焓以使得气体处于NH3离解需要的运行温度范围内，系统，即，通过使用集成的能量节约总体热量交换器，恢复提供给NH3进料流的几乎全部热量，经济化效率的损失，其中进料NH3流与产物N2和H2流逆流行进，因而达成用于氢分离系统的最佳可能的能量效率；并且这里上面描述了更多。

[0061] 请注意，在进一步实施例中，分离系统1可以包含所有所述压力和/或流动调节阀51、52、53、55，或者那些阀中的仅一些，或者不包含那些阀或包含另一组多个阀。本发明的这些及进一步目的借助于包含所附权利要求书的特征的用于氢生产的创新型分离系统而达成，权利要求书的特征形成本说明书的一体部分。

[0062] 还可以清楚地显出，可以引入一种方法来逐步描述所述创新型系统的功能，但是这显得赘述，因为通过描述系统本身的功能暗含了使用本系统的方法。申请人认为，文中描述的实施例的详细说明适于充分且详尽地描述该系统及其创新效果，方法的描述将简单地模式化为对系统运行的说明，并且显然可以通过系统功能推定，而不引入新主题或拓展本发明领域。

[0063] 所以，对腔室的尺寸，氢分离膜的数量和类型，腔室的类型和结构，焓恢复系统的类型和结构，火花尖端、管、腔室、阀以及进一步系统的材料和形式，隔离材料，阀和泵的数量和类型等的修改，应要被认为仅是对本发明的一些实现实施例的非显著修改，并且必须被认为是被本发明的目的涵盖，如这里上面描述的，以及参考所附权利要求书更好地阐述的。

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