一种搭载尾气净化功能的模块化氨裂解催化反应器制造技术

本发明专利技术属于氨裂解制氢领域，具体涉及一种搭载尾气净化功能的模块化氨裂解催化反应器。该装置包括：氨裂解催化单元、尾气净化单元、不锈钢外壳和外置可拆卸的加热单元以及进出气通道；其中，氨裂解催化单元采用加热带实现对氨裂解反应的供能；通过催化模块来催化氨裂解制氢，实现更方便的催化剂添加、更换；尾气净化单元可以去除氨裂解产物气体中的残余氨气从而消除残余氨气对后续燃料电池催化的影响。本发明专利技术在实现氨裂解制氢的同时，将氨裂解催化单元和尾气净化单元集成在一个小型反应器中，可以有效地解决目前氨裂解装置结构较复杂且占用空间大的问题，为氨裂解反应器的模块化设计及其产业化应用提供一种新的思路。及其产业化应用提供一种新的思路。及其产业化应用提供一种新的思路。

【技术实现步骤摘要】
一种搭载尾气净化功能的模块化氨裂解催化反应器


[0001]本专利技术属于氨裂解制氢领域，具体涉及一种搭载尾气净化功能的模块化氨裂解催化反应器。

技术介绍

[0002]近年来日益短缺的化石能源及其使用带来的环境污染问题使得人们迫切寻找一种新型的清洁能源。氢能凭借热值高、重量轻、零碳排放等优点受到关注，然而因氢气存在存储运输成本高、安全隐患等问题导致氢能推广应用时受到严重的限制。鉴于此，氨气作为优秀的氢能载体，凭借着成本低、易液化且在全球具有成熟的制备和储存运输工艺而日益受到青睐和重视。因此，氨裂解制氢技术开始引起国内外众多科研工作者的研究兴趣，尤以热催化氨裂解技术备受关注。目前，已经存在的专利中的热催化氨裂解制氢装置大多采用外部热源加热的方式来供能使反应器达到氨裂解所需要的初始温度；另一种方式是通过通入可燃气体如氢气发生催化燃烧反应供能，后续通过氨裂解产物氢气的催化燃烧提供能量实现循环，但是这种结构需要消耗一部分产物氢气来进行反应。值得注意的是，氨裂解制氢得到的产物气体中通常含有未反应氨气，这些残余氨气会对产物氢气后续应用带来影响，然而上述两种方式对于如何去除产物气体中未反应的氨气都没有提供完善的解决方案。除此之外，目前专利中存在的装置结构在更换催化剂时也较麻烦。因此，针对以上存在的问题，亟需开发设计出一种能够去除产物气体中的未反应氨气，同时采用其他供能方式以便能更高效率制氢的反应器。同时若能使氨裂解反应器有更高的集成度，反应器中催化单元模块化，则能够在更换催化剂时更简便快捷，同时对后续投入市场化很有帮助，有助于实现热催化氨裂解反应器的低成本产业化应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种搭载尾气净化功能的模块化氨裂解催化反应器，以解决现有反应器无法去除产物中残余氨气以及催化剂添加和更换流程较为复杂的问题。该反应器基于氨裂解催化制氢技术，通过引入“氨裂解催化单元”和“尾气净化单元”的概念，利用不锈钢外壳将各个可拆卸的模块集成起来，在实现催化氨裂解制氢的同时，能够提供一种更易于更换催化单元并可去除产物中残余氨气从而更易于实现量产的设计方案。
[0004]为实现以上专利技术目的，本专利技术提供了一种搭载尾气净化功能的模块化氨裂解催化反应器，包括：氨裂解催化单元、尾气净化单元、不锈钢外壳和外置可拆卸的加热单元以及进出气通道；上述不锈钢外壳由不锈钢反应腔体，以及与反应腔体两端紧密连接的不锈钢锥形盖组成，其中位于两端的锥形盖分别与进出气通道相连。
[0005]作为本专利技术的进一步改进，所述氨裂解催化单元包括内置于反应腔体的若干个独立的催化模块及其对应的固定衬垫；每个催化模块是由负载氨裂解催化剂的蜂窝状陶瓷柱构成，其中氨裂解催化剂是通过喷涂或沉积等方法负载于蜂窝状陶瓷柱上，所述催化剂为镍基氨裂解催化剂、钌基氨裂解催化剂或镍钌双金属基裂解催化剂。所述催化模块其特征
在于将传统的催化剂负载材料由粉体更换为具有特定规格的固定尺寸的蜂窝状陶瓷柱，通过增减陶瓷柱数量来实现催化模块中催化剂含量的调节；该催化模块的优势在于可以根据不同用氢需求来设计反应器容积和催化模块的数量，且相比于传统粉体催化剂更换更加方便，可以通过更换蜂窝状陶瓷柱的方式来实现对催化剂的更换。上述催化模块通过对应的固定衬垫固定于反应腔体内，并可以通过打开反应腔体两端紧密结合的不锈钢锥形盖来进行更换。
[0006]作为本专利技术的进一步改进，所述尾气净化单元同样内置于反应腔体，位于氨裂解催化单元下方，包括滤网和用于去除产物气体中残余氨气的沸石，其中沸石填充于滤网之间；所述滤网通过卡扣固定于反应腔体内部，滤网孔径小于沸石直径；经尾气净化单元处理后的产物气体通过与不锈钢锥形盖相连的出气通道流出。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，所述外置可拆卸的加热单元包括：加热带及其配套的外接温度控制器和保温隔热层，其中，加热带单层缠绕在氨裂解催化单元对应的不锈钢外壳外表面，通过配套的外接温度控制器进行加热和控温，保温隔热层包裹在不锈钢外壳和加热带外层。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述进出气通道均采用耐腐蚀和耐高温的316不锈钢制备，其中进气通道包括第一进气口和第二进气口，出气通道包括第一出气口和第二出气口；进一步地，第一进气口和氨气进气管路连接，用于向氨裂解催化反应器提供氨反应气体；第二进气口与氩气进气管路连接，用于在通入氨气反应前去除反应腔体内部的空气；第一出气口为产物气体出气口，第二出气口为预留的产物气体采样口，用于产物气体的分析测试。
[0009]本专利技术的技术优势在于：本专利技术基于氨裂解制氢技术，通过引入模块化氨裂解催化单元和尾气净化单元，提供了一种氨裂解催化反应器中催化剂快速便捷更换以及产物气体中残余氨气去除的解决方案。通过将催化剂负载到蜂窝陶瓷柱的方式来构建催化模块，之后更换或增减催化模块即可实现催化剂的便捷更换或用量调整，能够极大地提高催化剂的更换效率并减少催化剂的浪费；同时，采用尾气净化单元中填充的沸石可以来去除产物气体中未反应的残余氨气，从而避免产物气体由于存在未反应的氨气而造成无法驱动燃料电池的正常运转等问题。还有，本专利技术采用缠绕式加热带的方式为氨裂解催化反应器提供氨裂解催化反应的热量，这种加热方式既能满足氨裂解所需要的催化反应温度，又能使反应器结构制作得更为轻便和紧凑。此外，本专利技术在实现氨裂解制氢的同时，将氨裂解催化单元和尾气净化单元集成在一个小型反应器中，可以有效地解决目前氨裂解装置结构较复杂且占用空间大的问题，为氨裂解反应器的模块化设计及其产业化应用提供一种新的思路。
附图说明
[0010]图1是本专利技术提供的一种搭载尾气净化功能的模块化氨裂解催化反应器的结构示意图；
[0011]图中：1
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第一进气口；2
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保温隔热层；3
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加热带；4
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反应腔体；5
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沸石；6
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第一出气口；7
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第二出气口；8
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不锈钢锥形盖I；9
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滤网；10
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固定卡扣；11
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蜂窝状陶瓷柱；12
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衬垫；13
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外接温度控制器；14
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螺纹紧固件；15
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不锈钢锥形盖II；16
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第二进气口。
具体实施方式
[0012]为能进一步了解本专利技术的内容、特点及功效，兹举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
[0013]在本专利的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0014]实施例1：
[0015]如图1展示了本专利技术的一种搭载尾气净化功能的模块化氨裂解催化反应器结构示意图，所述反应器主要包括：氨裂解催化单元、尾气净化单元、不锈钢外壳和外置可拆卸的加热单元以及进出气通道；上述不锈钢外壳由不锈钢反应腔体4，与反应腔体4两端紧密连接的不锈钢锥形盖I15和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种搭载尾气净化功能的模块化氨裂解催化反应器，其特征在于，包括：氨裂解催化单元、尾气净化单元、不锈钢外壳和外置可拆卸的加热单元以及进出气通道；所述不锈钢外壳由不锈钢反应腔体，以及与反应腔体两端紧密连接的不锈钢锥形盖组成，其中位于两端的锥形盖分别与进出气通道相连。2.根据权利要求1所述的一种搭载尾气净化功能的模块化氨裂解催化反应器，其特征在于：所述氨裂解催化单元包括内置于反应腔体的若干个独立的催化模块及其对应的固定衬垫；每个催化模块是由负载氨分解催化剂的蜂窝状陶瓷柱构成，其中氨裂解催化剂是通过喷涂或沉积等方法负载于蜂窝状陶瓷柱上，所述催化剂为镍基氨裂解催化剂、钌基氨裂解催化剂或镍钌双金属基裂解催化剂；所述催化模块其特征在于将传统的催化剂负载材料由粉体更换为具有特定规格的固定尺寸的蜂窝状陶瓷柱，通过增减陶瓷柱数量来实现催化模块中催化剂含量的调节；所述催化模块通过对应的固定衬垫固定于反应腔体内，并可以通过打开反应腔体两端紧密结合的不锈钢锥形盖来进行更换。3.根据权利要求1所述的一种搭载尾气净化功能的模块化氨裂解催化反应器，其特征在于：所述尾气净化单元同样内置于反应腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈达，杜宇辉，梁俊辉，钮峰，柳鸿铭，黄岳祥，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：