一种氨自热分解制氢的系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种氨自热分解制氢的系统。氨自热分解制氢系统包括氨燃烧反应单元和氨分解反应单元；氨燃烧反应单元和氨分解反应单元以串联的方式依次连接；或者，氨燃烧反应单元和氨分解反应单元集成为同一个反应系统。本实用新型专利技术的氨自热分解制氢系统无需外界补充热量，生产过程中无氮氧化物(NO

【技术实现步骤摘要】
一种氨自热分解制氢的系统


[0001]本技术涉及一种氨自热分解制氢的系统。

技术介绍

[0002]氨的主要用途是氮肥、制冷剂和化工原料。与氢相比，氨储存条件温和、单位体积能量密度较高。因此氨作为一种清洁能源的载体和储存的价值日益凸显。
[0003]氨不仅可以作为燃料直接燃烧利用其化学能，也可将其分解制氢，是氢燃料电池、半导体工业保护气氛等分布式应用的理想氢源。在镍基催化剂作用下氨在800
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850℃的分解率大于99％，可以制备75％氢气和25％氮气的氢氮混合气体。但因氨分解制氢是吸热反应，为了提供热量，现有技术一般需要外部提供燃料通过燃烧来产生热量，但外部供热限制氨分解制氢分布式应用场景。
[0004]因此，提供一种无需外部供热即可实现氨分解制氢的系统至关重要。

技术实现思路

[0005]本技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中氨分解制氢需要外部供热的技术缺陷，而提供一种氨自热分解制氢的系统。本技术通过串联氨燃烧和氨分解制氢两个过程，通过氨燃烧过程放热给氨分解制氢过程供热，实现氨的自热分解制氢。本技术提供的氨自热分解制氢系统，无需外界补充热量，生产过程中无氮氧化物(NO
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)产生，制备的氢气纯度高，氨的转化率高。
[0006]本技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0007]本技术提供了一种氨自热分解制氢系统，其包括氨燃烧反应单元和氨分解反应单元；
[0008]所述氨燃烧反应单元和氨分解反应单元以串联的方式依次连接，并以如下方式中的任意一种实现；
[0009]方式一：所述氨燃烧反应单元的顶部设有第一氨源进口、含氧气体进口，所述氨燃烧反应单元的底部设有第一气体出口；所述氨分解反应单元的顶部设有第二氨源进口、第二气体进口，所述氨分解反应单元的底部设有第二气体出口，所述第二气体进口与所述第一气体出口连通；
[0010]方式二：所述氨燃烧反应单元和所述氨分解反应单元集成为同一个反应系统；其中，所述氨燃烧反应单元和所述氨分解反应单元分别位于所述反应系统的上部和下部；所述氨燃烧反应单元的顶部设有第一氨源进口、含氧气体进口，所述氨燃烧反应单元的侧部设有第二氨源进口，所述氨分解反应单元的底部设有第二气体出口。
[0011]本技术中，将氨源和含氧气体分别通过所述第一氨源进口和所述含氧气体进口进入所述氨燃烧反应单元进行氨燃烧反应。氨燃烧反应完成产生的混合气体从所述第一气体出口排出。所述混合气体和氨源分别经所述第二气体进口和所述第二氨源进口进入所述氨分解反应单元进行氨分解反应。
[0012]或者，本技术中，将氨源和含氧气体分别通过所述第一氨源进口和所述含氧气体进口进入所述反应系统，完成氨燃烧反应和氨分解反应后产生的反应气体从所述第二气体出口排出。
[0013]本技术中，优选地，所述氨自热分解制氢系统中，所述氨燃烧反应单元的顶部设有烧嘴；所述第一氨源进口和所述含氧气体进口优选地合并为同一个原料进口；方式一中，所述第二氨源进口和所述第二气体进口优选地合并为同一个原料进口。
[0014]本技术中，所述氨自热分解制氢系统优选地还包括冷却器和汽水分离器。
[0015]其中，所述冷却器优选地设于所述氨分解反应单元与所述汽水分离器之间。
[0016]其中，所述的冷却器优选地设有冷却器进口和冷却器出口，所述冷却器进口与所述第二气体出口连通。优选地，所述冷却器为管壳式冷却水换热器或空冷器。
[0017]其中，所述汽水分离器优选地设有气液混合物进口、混合气体出口和冷凝液出口，所述气液混合物进口与所述冷却器出口连通，所述混合气体出口用于将氨分解反应产生的气体排出，所述冷凝液出口用于将氨分解反应产生的液体排出。
[0018]本技术中，所述的氨自热分解制氢系统优选地还包括液氨汽化器。所述的液氨汽化器优选地设于所述氨分解反应单元和冷却器之间。所述的液氨汽化器优选地设有液氨管路和用于与所述液氨管路进行间接热交换的换热管路，所述液氨管路优选地包括液氨进口和氨气出口。所述换热管路优选地包含第三气体进口和第三气体出口，所述第三气体进口与所述第二气体出口连通，所述第三气体出口与所述冷却器进口连通。
[0019]其中，所述的液氨汽化器优选为管壳式冷却器。
[0020]其中，优选地，所述的氨气出口分别与所述氨燃烧反应单元和氨分解反应单元连接。
[0021]其中，所述氨气出口优选地分为两个支路，分别为第一支路和第二支路，所述第一支路与所述第一氨源进口相通，所述第二支路与第二氨源进口相通；所述第一支路和第二支路优选地分别设置有气体流量阀，所述气体流量阀用于控制通入所述第一氨源进口和第二氨源进口的氨气的比例。
[0022]本技术中，所述的氨燃烧反应可提供热量给氨分解反应，实现氨分解反应的自热，无需外部提供额外的热量，且整个反应过程在还原气氛下进行，不会产生NO
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等污染物。
[0023]本技术中，方式一中，所述氨燃烧反应单元优选为无催化剂的气流床反应器型式，内衬为耐火砖衬里。所述氨分解反应单元优选为镍基催化剂固定床反应器，内衬为耐火砖衬里。在方式二中，所述氨燃烧反应单元和所述氨分解反应单元优选地集成在一个固定床反应器中。
[0024]本技术中，所述氨自然分解制氢的系统所制备的氢气压力可为常压，例如8.0Mpa。
[0025]在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本技术各较佳实例。
[0026]本技术的积极进步效果在于：
[0027](1)本技术的氨自热分解制氢的系统无需外部供热，反应过程中无NO
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等污染物产生。
[0028](2)采用本技术的氨自热分解制氢的系统可实现氨的转化率大于99％，制得的氢气纯度较高。
[0029](3)本技术的氨自热分解制氢的系统，操作参数调节方便，装置简单可操作，可适用于多种应用场景，特别是分布式应用场景。
附图说明
[0030]图1为实施例1和实施例2的氨自热分解制氢系统的结构装置图。
[0031]图2为实施例3和实施例4的氨自热分解制氢系统的结构装置图。
[0032]附图标记说明：
[0033]氨燃烧反应单元1，氨分解反应单元2，液氨汽化器3，冷却器4，汽水分离器5；
[0034]第一氨源进口101，含氧气体进口102，第一气体出口103，烧嘴104，第二氨源和第二气体进口201，第二氨源进口203，第二气体出口202，液氨管路301，液氨进口303，氨气出口304，换热管路302，第三气体进口307，第三气体出口308，第一支路305，第二支路306，冷却器进口401，冷却器出口402，气液混合物进口501，混合气体出口502，冷凝液出口503。
具体实施方式
[0035]下面举各较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨自热分解制氢的系统，其特征在于，其包括氨燃烧反应单元和氨分解反应单元；所述氨燃烧反应单元和所述氨分解反应单元以串联的方式依次连接，并以如下方式中的任意一种实现；方式一：所述氨燃烧反应单元的顶部设有第一氨源进口、含氧气体进口，所述氨燃烧反应单元的底部设有第一气体出口；所述氨分解反应单元的顶部设有第二氨源进口、第二气体进口，所述氨分解反应单元的底部设有第二气体出口，所述第二气体进口与所述第一气体出口连通；方式二：所述氨燃烧反应单元和所述氨分解反应单元集成为同一个反应系统；其中，所述氨燃烧反应单元和所述氨分解反应单元分别位于所述反应系统的上部和下部；所述氨燃烧反应单元的顶部设有第一氨源进口、含氧气体进口，所述氨燃烧反应单元的侧部设有第二氨源进口，所述氨分解反应单元的底部设有第二气体出口。2.如权利要求1所述的氨自热分解制氢的系统，其特征在于，所述氨燃烧反应单元的顶部设有烧嘴；所述第一氨源进口和所述含氧气体进口合并为同一个原料进口；方式一中，所述第二氨源进口和所述第二气体进口合并为同一个原料进口。3.如权利要求1或2所述的氨自热分解制氢的系统，其特征在于，所述的氨自热分解制氢系统还包括冷却器和汽水分离器。4.如权利要求3所述的氨自热分解制氢的系统，其特征在于，所述冷却器设于所述氨分解反应单元与所述汽水分离器之间；所述的冷却器设有冷却器进口和冷却器出口，所述冷却器进口与所述第二气体出口连通；所述汽水分离器设有气液混合物进口、混合气体出口和冷凝液出口，所述气液混合物进口与所述冷却器出口连通，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：代正华，王辅臣，刘海峰，于广锁，王亦飞，陈雪莉，李伟锋，钟梅，亚力昆江吐尔逊，李建，许建良，梁钦锋，陆海峰，郭晓镭，郭庆华，赵辉，龚岩，王兴军，刘霞，沈中杰，丁路，唐龙飞，高云飞，赵丽丽，蔡承霖，郭嘉宁，李晨曦，刘阳硕，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：新型
国别省市：