一种自热式氨分解反应系统及制氢方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自热式氨分解反应系统及制氢方法，所述系统中第一氨分解反应器与第二氨分解反应器串联设置，储氨装置与第一氨分解反应器连通，第二氨分解反应器与收集装置连通；第二氨分解反应器的第二内管的外壁上设有第二加热通道，其第二进气端与第二燃烧器连通，第二出气端与第一燃烧器连通；第一氨分解反应器的第一内管的外壁上亦设有第一加热通道，其第一进气端与第一燃烧器连通，第一出气端用于将第一加热通道中的气体排出第一氨分解反应器

【技术实现步骤摘要】
一种自热式氨分解反应系统及制氢方法


[0001]本专利技术涉及氨分解制氢
，具体涉及一种自热式氨分解反应系统及制氢方法
。

技术介绍

[0002]随着社会与工业技术的高速发展，全人类都面临日益严重的环境污染和能源短缺的问题
。
反应之后只产生水的氢能源作为一种清洁高效的二次能源，被许多的专家学者视为
21
世纪最具有发展潜力的清洁能源之一，但氢气的储运问题是氢能大力推广使用的最大的阻碍
。
氨气是一种很好的储氢介质，通过氨分解制氢技术，在
800
～
850℃
的条件下，氨发生分解反应，得到含有
75
％氢
、25
％氮的混合气体
。
氨的能量密度远高于甲醇
、
汽油和其他燃料，且氨在室温条件下易于液化，使其存储和输运更加便捷和安全，同时也降低了运输成本
。
氨分解反应是一个吸热反应，设计自热式氨分解反应器，需要将氧化放热反应与氨分解吸热反应相结合，通常选择火焰燃烧或催化燃烧来提供热量，在采用火焰燃烧方案时，受限于反应器材料和催化剂的耐受温度，通常燃烧烟气温度控制在
800
～
900℃
，而氨氢混合燃料的绝热燃烧温度可达
1800℃
～
2110℃
，因此为了控制烟气温度，通常需要采用较大的过量空气系数，这将导致装置出口烟气流量大，余热损失多，装置加热效率不高
。
[0003]中国专利
CN217230245U
公开了一种氨分解制氢系统，包括氨分解装置
、
换热装置
、
氨气吸收装置
、
氢气提纯装置和储氢装置
。
氨分解装置包括分解腔体，在分解腔体的内部填充有氨分解反应催化剂和催化燃烧管道，分解腔体连接液氨输送管道；在液氨输送管道上设置有换热装置，分解腔体的出口通过分解气输送管道连接氨气吸收装置；催化燃烧管道的出口与燃烧气排出管道相连接；本氨分解制氢系统对液氨原料进行逐级预热以降低系统的整体能量消耗量；并且利用氢气与空气混合燃烧以对氨分解反应器进行加热来促进氨气分解
。
但是本氨分解制氢系统在氨分解过程中需要大量的空气来进行反应以提供热量，能量利用率不高，空气流量较大，且反应过程中余热损失较大，也无法对反应过程中产生的余热进行有效利用
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的氨分解反应器在反应过程中需要采用较大的空气流量来控制燃烧过程中的温度，在控制过程中存在热量损失大，产生的余热无法且反应器的加热效率不高等缺陷，本专利技术提供一种加热效率高
、
反应过程中热量损失小且加热气体消耗量小
、
能量利用率高的自热式氨分解反应系统及制氢方法
。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种自热式氨分解反应系统，包括储氨装置
、
第一氨分解反应器
、
第二氨分解反应器
、
第一燃烧器
、
第二燃烧器和收集装置，所述第一氨分解反应器与所述第二氨分解反应器串联设置，所述储氨装置与所述第一氨分解反应器上的第一气体入口连通，所述第二氨分解反应器上的第二气体出口与所述收集装置连通；
[0007]所述第二氨分解反应器中用于分解氨气的第二内管的外壁上设置有螺旋环绕状的第二加热通道，所述第二加热通道上的第二进气端与所述第二燃烧器连通，所述第二燃烧器用于将外部空气与燃料混合燃烧，并将燃烧后的气体导入所述第二加热通道，所述第二加热通道上的第二出气端与所述第一燃烧器连通，用于将所述第二加热通道中的气体通入所述第一燃烧器；
[0008]所述第一氨分解反应器中用于分解氨气的第一内管的外壁上亦设置有螺旋环绕状的第一加热通道，所述第一加热通道上的第一进气端与所述第一燃烧器连通，所述第一燃烧器用于将从所述第一加热通道排出的气体进行燃烧加热，并将加热后的气体导入所述第一加热通道，所述第一加热通道上的第一出气端用于将所述第一加热通道中的气体排出所述第一氨分解反应器
。
[0009]所述第一氨分解反应器包括第一外管和分解氨气的第一内管，所述第一外管套设在所述第一内管上，并包覆所述第一加热通道，所述第一内管的上方设有用于引入氨气的第一气体入口，其下方设有用于排出经所述第一氨分解反应器反应后的混合气体的第一气体出口
。
[0010]所述第二氨分解反应器包括第二外管和进一步分解氨气的第二内管，所述第二外管套设在所述第二内管上，并包覆所述第二加热通道，所述第二内管的下方设有用于引入自所述第一气体出口排出的混合气体的第二气体入口，其上方设有用于排出经所述第二氨分解反应器反应后的混合气体的第二气体出口
。
[0011]所述第一内管和所述第二内管中均设有催化剂，所述催化剂为填充柱状
、
填充条状或者填充颗粒状，且所述催化剂彼此对称重叠设置，形成对称的床层结构
。
[0012]所述第一内管内部靠近所述第一气体入口和所述第一气体出口的位置均设置有第一催化剂支撑板，并在所述第一催化剂支撑板上均匀开设有
n
个第一通孔，位于所述第一催化剂支撑板上的所述第一通孔成矩阵式排列，其中
n≥4。
[0013]所述第二内管内部靠近所述第二气体入口和所述第二气体出口的位置均设置有第二催化剂支撑板，并在所述第二催化剂支撑板上均匀开设有
m
个第二通孔，位于所述第二催化剂支撑板上的所述第二通孔成矩阵式排列，其中
m≥4。
[0014]所述第一内管的外壁上设置有螺旋环绕状的第一加热通道，所述第一加热通道沿着所述第一内管周向盘旋设置，所述第一加热通道与所述第一外管紧密接触并且嵌入设置在所述第一外管上
。
[0015]所述第二内管的外壁上设置有螺旋环绕状的第二加热通道，所述第二加热通道沿着所述第二内管周向盘旋设置，所述第二加热通道与所述第二外管紧密接触并且嵌入设置在所述第二外管上
。
[0016]所述第一燃烧器包括第一催化燃烧部
、
第一催化燃烧床层和第一火焰燃烧部，所述第一催化燃烧部通过所述第一催化燃烧床层与所述第一火焰燃烧部连通；所述第一催化燃烧部的内部与第一燃料管连通，所述第一火焰燃烧部的内部与第一燃料副管连通，所述第一火焰燃烧部中设置有第一点火装置和第一挡板，所述第一挡板的安装方向与所述第一火焰燃烧部的延伸方向相垂直，所述第一挡板上设置有
≥4
个开孔，所述第一挡板将所述第一火焰燃烧部分成互相连通的两部分
。
[0017]所述第二燃烧器包括第二催化燃烧部
、
第二催化燃烧床层和第二火焰燃烧部，所
述第二催化燃烧部通过所述第二催化燃烧床层与所述第二火焰燃烧部连通；所述第二催化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种自热式氨分解反应系统，包括储氨装置
(1)、
第一氨分解反应器
(2)、
第二氨分解反应器
(3)、
第一燃烧器
(4)、
第二燃烧器
(5)
和收集装置
(6)
，其特征在于：所述第一氨分解反应器
(2)
与所述第二氨分解反应器
(3)
串联设置，所述储氨装置
(1)
与所述第一氨分解反应器
(2)
上的第一气体入口
(221)
连通，所述第二氨分解反应器
(3)
上的第二气体出口
(322)
与所述收集装置
(6)
连通；所述第二氨分解反应器
(3)
中用于分解氨气的第二内管
(33)
的外壁上设置有螺旋环绕状的第二加热通道
(33)
，所述第二加热通道
(33)
上的第二进气端
(331)
与所述第二燃烧器
(5)
连通，所述第二燃烧器
(5)
用于将外部空气与燃料混合燃烧，并将燃烧后的气体导入所述第二加热通道
(33)
，所述第二加热通道
(33)
上的第二出气端
(332)
与所述第一燃烧器
(4)
连通，用于将所述第二加热通道
(33)
中的气体通入所述第一燃烧器
(4)
；所述第一氨分解反应器
(2)
中用于分解氨气的第一内管
(22)
的外壁上亦设置有螺旋环绕状的第一加热通道
(23)
，所述第一加热通道
(23)
上的第一进气端
(231)
与所述第一燃烧器
(4)
连通，所述第一燃烧器
(4)
用于将从所述第一加热通道
(23)
排出的气体进行燃烧加热，并将加热后的气体导入所述第一加热通道
(23)
，所述第一加热通道
(23)
上的第一出气端
(232)
用于将所述第一加热通道
(23)
中的气体排出所述第一氨分解反应器
(2)。2.
根据权利要求1所述的自热式氨分解反应系统，其特征在于：所述第一氨分解反应器
(2)
包括第一外管
(21)
和分解氨气的第一内管
(22)
，所述第一外管
(21)
套设在所述第一内管
(22)
上，并包覆所述第一加热通道
(23)
，所述第一内管
(22)
的上方设有用于引入氨气的第一气体入口
(221)
，其下方设有用于排出经所述第一氨分解反应器
(2)
反应后的混合气体的第一气体出口
(222)
；所述第二氨分解反应器
(3)
包括第二外管
(31)
和进一步分解氨气的第二内管
(32)
，所述第二外管
(31)
套设在所述第二内管
(32)
上，并包覆所述第二加热通道
(33)
，所述第二内管
(32)
的下方设有用于引入自所述第一气体出口
(222)
排出的混合气体的第二气体入口
(321)
，其上方设有用于排出经所述第二氨分解反应器
(3)
反应后的混合气体的第二气体出口
(322)。3.
根据权利要求2所述的自热式氨分解反应系统，其特征在于：所述第一内管
(22)
和所述第二内管
(32)
中均设有催化剂，所述催化剂为填充柱状
、
填充条状或者填充颗粒状，且所述催化剂彼此对称重叠设置，形成对称的床层结构
。4.
根据权利要求3所述的自热式氨分解反应系统，其特征在于：所述第一内管
(22)
内部靠近所述第一气体入口
(221)
和所述第一气体出口
(222)
的位置均设置有第一催化剂支撑板
(223)
，并在所述第一催化剂支撑板
(223)
上均匀开设有
n
个第一通孔
(2231)
，位于所述第一催化剂支撑板
(223)
上的所述第一通孔
(2231)
成矩阵式排列，其中
n≥4
；所述第二内管
(32)
内部靠近所述第二气体入口
(321)
和所述第二气体出口
(322)
的位置均设置有第二催化剂支撑板
(323)
，并在所述第二催化剂支撑板
(323)
上均匀开设有
m
个第二通孔
(3231)
，位于所述第二催化剂支撑板
(323)
上的所述第二通孔
(3231)
成矩阵式排列，其中
m≥4。5.
根据权利要求4所述的自热式氨分解反应系统，其特征在于：所述第一内管
(22)
的外壁上设置有螺旋环绕状的第一加热通道
(23)
，所述第一加热通道
(23)
沿着所述第一内管
(22)
周向盘旋设置，所述第一加热通道
(23)
与所述第一外管
(21)
紧密接触并且嵌入设置在
所述第一外管
(21)
上；所述第二内管
(32)
的外壁上设置有螺旋环绕状的第二加热通道
(33)
，所述第二加热通道
(33)
沿着所述第二内管
(32)
周向盘旋设置，所述第二加热通道
(33)
与所述第二外管
(31)
紧密接触并且嵌入设置在所述第二外管
(31)
上
。6.
根据权利要求1所述的自热式氨分解反应系统，其特征在于：所述第一燃烧器
(4)
包括第一催化燃烧部
(41)、

【专利技术属性】
技术研发人员：江莉龙，林立，罗宇，陈崇启，王大彪，张卿，
申请(专利权)人：福大紫金氢能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：