一种氨电解制氢装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种氨电解制氢装置，包括内部分为氨分配室、燃烧室和反应室的壳体以及若干并列设置于所述反应室内的制氢单元。本实用新型专利技术提供的制氨装置，在反应室和燃烧室之间设置空气通道，在反应室底部和侧壁设置水蒸气通道，使得通入的水蒸气和空气都经过一段较长的通道与反应室和燃烧室进行换热，将反应室和燃烧室内多余的热量用于气体的预热，减少能源的浪费。同时制氢单元内内腔的产生的剩余氮气在燃烧室内与预热过后的空气混合，在燃烧室内的燃烧器处补燃放热，去除尾气中剩余的氨气，同时也可以预热供氨气管和氨气准备室内的氨气和空气进入通道内的空气，进一步减少热能损耗。

A hydrogen production device by ammonia electrolysis

【技术实现步骤摘要】
一种氨电解制氢装置
本技术涉及氢气制备
，具体涉及一种氨电解制氢装置。
技术介绍
能源是现代社会发展的根本保证，是人类文明的基石。然而，现有的以化石燃料为基础的能源系统不仅给我们带来了严重的环境污染问题，而且化石燃料大量开采，面临枯竭。寻找可替代化石燃料的新型能源是当今各国能源发展的重要目标。氢作为一种清洁能源载体而备受关注，氢能的开发利用必须解决氢的来源问题，开发安全、高效、经济的供氢、储氢技术是实现氢能利用的根本。如今氢有两种主要的来源，即水电解和化石燃料生产。水电解制氢的工艺过程简单、无污染，但是其成本过高，转换氢需要消耗大量的电能；利用化石燃料生产氢气则需要消耗大量的不可再生能源，同时会向环境中排放大量的温室气体，与使用氢作为能源的目的相违背，这些原因限制了氢气作为一种替代能源的广泛应用。氨是一种含氢质量分数达17.8％的富氢物质，由于其价格低廉，同时在加压和低温环境时可以转换为液态易于储存和运输，近年来作为制氢的原料受到了关注。利用氨制氢产生的尾气是无污染且结构稳定的氮气，也是适宜如今环保的要求。由氨获取氢主要有三种方式：热分解或催化裂解氨、机械化学法分解氨以及电化学方法分解氨。电化学方法分解氨，即电解氨时可以使用溶液电解质和固体电解质。使用固体电解质电解氨气时除了需要消耗电能将氨气分解为氢气和氮气，还需要事先将氨气进行预热，消耗能源；电解结束后残余的氨气需要进行燃烧处理，造成资源的浪费。
技术实现思路
因此，本技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的使用固体电解质电解氨气时需要额外消耗能源造成资源浪费，从而提供一种氨电解制氨系统。本技术采用如下技术方案：本技术提供一种氨电解制氢装置，包括，壳体，沿氨气的流动方向上，所述壳体依次包括氨分配室、燃烧室和反应室；若干并列设置于所述反应室内的制氢单元，所述制氢单元包括具有开口端的电池本体，所述电池本体具有适于供氨气管从所述开口端插入所述电池本体内部的内腔，所述供氨气管贯穿所述燃烧室且所述供氨气管远离所述内腔的一端与所述氨分配室连通，以使所述氨分配室内的氨气通过所述供氨气管进入相应的电池本体内部的内腔中；沿远离所述内腔的方向上，所述电池本体依次包括阳极层、电解质层和阴极层，所述内腔内的氨气与所述阳极层接触；空气流道，设置于所述燃烧室和反应室之间且所述空气流道的空气进口端设置于所述燃烧室的第一侧壁上，与所述空气进口端相对设置的空气出口端靠近所述燃烧室的第二侧壁设置，所述第一侧壁与第二侧壁相对设置，所述空气出口端与所述燃烧室连通，以使在所述空气流道内流通的空气被所述反应室和/或燃烧室内的热量长距离预热后进入所述燃烧室；水蒸气通道，紧靠所述反应室设置于所述反应室外壁上，且所述水蒸气通道的水蒸气进气口和水蒸气出气口相对设置于所述反应室两端，以使在所述水蒸气通道内流通的水蒸气与所述反应室内的热量经长距离换热后进入所述反应室内。优选地，所述空气流道的延伸方向与所述供氨气管的轴向垂直；所述供氨气管与所述电池本体的阳极层间存在间隙，所述间隙通过所述电池本体的内腔与所述燃烧室连通，以使在所述阳极层反应后的尾气进入所述燃烧室。优选地，还包括储氨罐和氢气收集装置，所述氨分配室上设置氨气进口，所述氨气进口与储氨罐连通；所述反应室远离所述水蒸气通道的水蒸气出气口的侧壁上设置氢气排出口，所述氢气排出口与氢气收集装置连通。优选地，所述燃烧室内水平设置多孔挡板，所述多孔挡板上方设置燃烧器，所述燃烧室远离所述空气出口端的侧壁上设置有尾气排出口。优选地，所述制氢单元为阳极支撑型制氢单元，所述阳极支撑型制氢单元中电解质层厚度为10-30μm；阳极层厚度为300-1000μm；所述阴极层厚度为10-50μm；或者，所述制氢单元为电解质支撑型制氢单元，所述电解质支撑型制氢单元中电解质层厚度为300-1000μm；阳极层厚度为10-50μm；所述阴极层厚度为10-50μm。优选地，所述制氢单元为3-5个。优选地，还包括第一换热器、第二换热器和水罐；所述储氨罐与第一换热器相连通，所述第一换热器分别与所述氨气进口和尾气排出口相连通，以使氨气与来自所述制氢部件内的尾气在所述第一换热器内间接换热；所述第二换热器与水罐连通，并且所述第二换热器分别与所述水蒸气进气口和氢气排出口连通，以使水罐内流出的水经过第二换热器与所述氢气排出口的氢气换热后蒸发为水蒸气通入所述水蒸气进气口。优选地，还包括干燥器，所述第二换热器还与干燥器连通，所述干燥器与所述氢气收集装置连通，以使所述氢气排出口的氢气经过第二换热器与水罐内流出的水换热后进入干燥器再进入所述氢气收集装置内。优选地，所述供氨气管内部填充氨分解催化剂，以形成氨分解催化剂层，所述氨分解催化剂层的厚度大于所述电池本体内部的内腔的深度。本技术总反应方程式：2NH3＝N2+3H2，根据电解质的不同，阴阳极半反应不同。若使用氧离子导体作为电解质层，电解质层材料包括并不限于YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)、ScSZ(氧化钪稳定的氧化锆)、GDC(钆掺杂的氧化铈)、SDC(锶掺杂的氧化铈)或LSGM(锶和镁掺杂的镓酸镧)中的一种，具体半反应为：阳极：2NH3+3O2-＝N2+3H2O+6e-阴极：3H2O+6e-＝3H2+3O2-；阳极层材料为Ni和氧离子导体电解质层所使用的材料混合而成的材料，阴极层材料是由第一材料和第二材料混合的导体材料：第一材料包括但不限于LSM(镧锶锰)或LSCF(镧锶钴铁)中的一种，第二材料为氧离子导体电解质层所使用的材料。若使用质子导体作为电解质层，电解质层材料包括并不限于铈酸钡或锆酸钡基钙钛矿材料(锆和钇掺杂铈酸钡、锆钇镱掺杂的铈酸钡、钇掺杂锆酸钡)，具体半反应为：阳极：2NH3＝N2+6H++6e-阴极：6e-+6H+＝3H2；阳极层材料为Ni和质子导体电解质层所述使用的材料混合而成的材料，阴极层材料包括但不限于BSCF(钡锶钴铁)、LSCF(镧锶钴铁)、PSCF(镨锶钴铁)、SSC(钐锶钴)、LSN(镧锶镍)、PSN(镨锶镍)或PBC(镨钡钴)中的一种。本技术若使用氧离子导体电解质时，水蒸气进气口需要持续性通入过量的水蒸气，还原生成氢气排出；若使用质子导体电解质时，水蒸气进气口通入少量水蒸气保证一定的氧化性气氛即可。本技术氨分解催化剂主体为Ru基、Ni基催化剂，载体包括并不限于碳载体、钙钛矿、氧化铝、稀土金属氧化物和水滑石。燃烧器为催化剂燃烧器或多孔介质燃烧器。本技术技术方案，具有如下优点：1.本技术提供的制氨系统，在反应室和燃烧室之间设置空气流道，在反应室底部和侧壁设置水蒸气通道，使得通入的水蒸气和空气都经过一段较长的通道与反应室和燃烧室进行换热，将反应室和燃烧室内多余的热量用于气体的预热，减少能源的浪费。2.本技术制氢单元内内腔的产生的剩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氨电解制氢装置，其特征在于，包括，/n壳体，沿氨气的流动方向上，所述壳体依次包括氨分配室、燃烧室和反应室；/n若干并列设置于所述反应室内的制氢单元，所述制氢单元包括具有开口端的电池本体，所述电池本体具有适于供氨气管从所述开口端插入所述电池本体内部的内腔，所述供氨气管贯穿所述燃烧室且所述供氨气管远离所述内腔的一端与所述氨分配室连通，以使所述氨分配室内的氨气通过所述供氨气管进入相应的电池本体内部的内腔中；沿远离所述内腔的方向上，所述电池本体依次包括阳极层、电解质层和阴极层，所述内腔内的氨气与所述阳极层接触；/n空气流道，设置于所述燃烧室和反应室之间且所述空气流道的空气进口端设置于所述燃烧室的第一侧壁上，与所述空气进口端相对设置的空气出口端靠近所述燃烧室的第二侧壁设置，所述第一侧壁与第二侧壁相对设置，所述空气出口端与所述燃烧室连通，以使在所述空气流道内流通的空气被所述反应室和/或燃烧室内的热量长距离预热后进入所述燃烧室；/n水蒸气通道，紧靠所述反应室设置于所述反应室外壁上，且所述水蒸气通道的水蒸气进气口和水蒸气出气口相对设置于所述反应室两端，以使在所述水蒸气通道内流通的水蒸气与所述反应室内的热量经长距离换热后进入所述反应室内。/n...

【技术特征摘要】
1.一种氨电解制氢装置，其特征在于，包括，
壳体，沿氨气的流动方向上，所述壳体依次包括氨分配室、燃烧室和反应室；
若干并列设置于所述反应室内的制氢单元，所述制氢单元包括具有开口端的电池本体，所述电池本体具有适于供氨气管从所述开口端插入所述电池本体内部的内腔，所述供氨气管贯穿所述燃烧室且所述供氨气管远离所述内腔的一端与所述氨分配室连通，以使所述氨分配室内的氨气通过所述供氨气管进入相应的电池本体内部的内腔中；沿远离所述内腔的方向上，所述电池本体依次包括阳极层、电解质层和阴极层，所述内腔内的氨气与所述阳极层接触；
空气流道，设置于所述燃烧室和反应室之间且所述空气流道的空气进口端设置于所述燃烧室的第一侧壁上，与所述空气进口端相对设置的空气出口端靠近所述燃烧室的第二侧壁设置，所述第一侧壁与第二侧壁相对设置，所述空气出口端与所述燃烧室连通，以使在所述空气流道内流通的空气被所述反应室和/或燃烧室内的热量长距离预热后进入所述燃烧室；
水蒸气通道，紧靠所述反应室设置于所述反应室外壁上，且所述水蒸气通道的水蒸气进气口和水蒸气出气口相对设置于所述反应室两端，以使在所述水蒸气通道内流通的水蒸气与所述反应室内的热量经长距离换热后进入所述反应室内。


2.根据权利要求1所述的氨电解制氢装置，其特征在于，所述空气流道的延伸方向与所述供氨气管的轴向垂直；
所述供氨气管与所述电池本体的阳极层间存在间隙，所述间隙通过所述电池本体的内腔与所述燃烧室连通，以使在所述阳极层反应后的尾气进入所述燃烧室。


3.根据权利要求1或2所述的氨电解制氢装置，其特征在于，还包括储氨罐和氢气收集装置，
所述氨分配室上设置氨气进口，所述氨气进口与储氨罐连通；
所述反应室远离所述水蒸气通道的水蒸气出气口的侧壁上设置氢气排出口，所述氢气排出口与氢气收集装置连通。


...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗宇，江莉龙，陈崇启，詹瑛瑛，
申请(专利权)人：福州大学化肥催化剂国家工程研究中心，
类型：新型
国别省市：福建;35