CN114797684A - 一种氨气低温催化分解的制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氨气低温催化分解的制氢装置，包括进气管、外壳体、保温层、内壳体A、外层加热器、内壳体B、内壳体C、内层加热器、电源插头、氨气催化裂解器，所述的外壳体为圆柱型结构，且进气管焊接在外壳体上，所述的外壳体内部填充保温层，所述的保温层为珠光岩，所述的外层加热器固定在内壳体A和内壳体B之间，所述的内壳体B和内壳体C之间形成气流通道；所述的内层加热器固定在内壳体C和氨气催化裂解器之间。本发明与现有技术相比的优点在于：整体结构具有结构紧凑、模块化设计、高效、环保、安全的优势。
Description
技术领域
本发明涉及到新能源利用领域，具体是指一种氨气低温催化分解的制氢装置。
背景技术
氢是所有能源中对人类最友好的能源，清洁、高能量密度、易获取、可再生，用得越多越便宜。氢气直接燃烧或通过燃料电池发电的产物为水，能够实现真正的零碳排放，对环境不造成任何污染，故而被誉为终极能源。
中国作为最大的二氧化碳排放国，在达成碳中和的道路上挑战重重。氢能未来最重要的应用场景在交通运输领域，氢燃料电动车和氢内燃机车相较于燃油车而言，可以实现零碳排放；相较于锂电动车而言，由于能效高，在里程和载荷方面拥有先天优势。
氢气的性质十分活跃，很容易泄露和爆炸，储运过程消耗也大，所以在储氢罐投入的安全设计、存量设计成本很高。因此，相较于石油、天然气等传统化石燃料，氢气在储运环节具有天然的劣势，发展进度缓慢。如果按照方式划分，氢气储运可分为气态储运、液态储运以及固态储运三种。气态储运的成本较低、充放氢速度较快，但储氢密度与运输半径较为有限，所以适用于短途运输。中长距离大规模运输考虑管道和液氢运输，液态储运的储氢密度较大，但设备投资与能耗成本较高；固态储运则在潜艇等特殊领域有所应用，整体仍处于小规模试验阶段。
氢能源以其可再生性和良好的环境效应成为未来最具发展潜力的能源载体，高效、安全经济的氢气储存和输运是目前制约氢能技术发展的瓶颈问题之一。
液氨做为一种含氢质量分数为17.6％的富氢物质，在常温加压0.86MPa或常压低温240K下很容易转化为液态，其对应的能量密度分别为134.0kJ/L和143.5kJ/L同等条件下氢气的能量密度为84.0kJ L-1，便于储存低压储罐或者钢瓶和运输，是氢能的理想载体。由于氨裂解制氢工艺技术成熟，制取的氢气纯度达到99.99％，可满足燃料电池汽车的要求，因而集成氨载氢与氨分解制氢技术是一条潜在的供氢途径，目前国内外还处于理论研究阶段。
针对于氢燃料电动车和氢内燃机车而言，常规的做法是在加氢站直接加注高压氢或液氢作为汽车或卡车的燃料，不管从道路行驶还是停车场停驻方面，其都存在着极大的安全隐患，一旦氢气泄漏，极易引起燃爆事故。
基于氨载氢与氨分解制氢技术，液氨可直接作为氢能源载体，直接加注到氢燃料电动车、氢内燃机车、氢燃料电动船、氢内燃机船等交通运输工具。
目前，氨分解催化剂主要在高温高压工况下催化分解为氮气和氢气，其一般的反应温度大于500℃，反应压力大于10MPa。因此，氨分解技术的难点在于催化剂可以在低温、低压工况下完成高效催化分解，钌基的催化剂可以作为一种新型的低温低压催化剂，其一般的反应温度在200℃左右，反应压力一般在3.0MPa左右。
发明内容
本发明要解决的是以上技术问题，提供一种氨气低温催化分解的制氢装置，具有结构紧凑、模块化设计、高效、环保、安全的优势。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种氨气低温催化分解的制氢装置，包括进气管、外壳体、保温层、内壳体A、外层加热器、内壳体B、内壳体C、内层加热器、电源插头、氨气催化裂解器，所述的外壳体为圆柱型结构，且进气管焊接在外壳体上，所述的外壳体内部填充保温层，所述的保温层为珠光岩，所述的外层加热器固定在内壳体A和内壳体B之间，所述的内壳体B和内壳体C之间形成气流通道；所述的内层加热器固定在内壳体C和氨气催化裂解器之间。
进一步的，所述的外层加热器和内层加热器均采用红外加热原理，红外加热管封装在耐火材料内，沿圆周方向均布。
进一步的，所述的氨气催化裂解器包括催化剂壳体、进口滤网、氨催化裂解剂、出口滤网及排气管，所述的进口滤网、出口滤网、排气管焊接在催化剂壳体上。
进一步的，所述的进口滤网和出口滤网为三层金属丝网结构，具体为双层20目过滤网之间夹一层100过滤网。
进一步的，所述的氨催化裂解剂为一种钌基的催化剂，均匀填充在壳体内部。
进一步的，所述的排气管从进气管内部穿过，且与进气管的一端密封焊接。
进一步的，所述的电源插头焊接在外壳体上，为外层加热器和内层加热器提供电力。
本发明与现有技术相比的优点在于：进气管焊接在外壳体上，氨气从进气管进入制氢装置内部，通过外层加热器和内层加热器对氨气进行加热升温，升温后的氨气再进入到氨气催化裂解器内部，进行催化分解成氢气和氮气，通过排气管排出，进入到氢气提纯装置中进行氢氮分离，从而得到高纯氢气，整体结构具有结构紧凑、模块化设计、高效、环保、安全的优势。
附图说明
图1是本发明一种氨气低温催化分解的制氢装置的结构示意图。
如图所示：1、包括进气管；2、外壳体；3、保温层；4、内壳体A；5、外层加热器；6、内壳体B；7、内壳体C；8、内层加热器；9、电源插头；10、氨气催化裂解器；1001、催化剂壳体；1002、进口滤网；1003、氨催化裂解剂；1004、出口滤网；1005、排气管。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的工作原理：一种氨气低温催化分解的制氢装置，包括进气管1、外壳体2、保温层3、内壳体A4、外层加热器5、内壳体B6、内壳体C7、内层加热器8、电源插头9、氨气催化裂解器10；
所述的外壳体2为圆柱型结构，且进气管1焊接在外壳体1上，所述的外壳体2内部填充保温层3，所述的保温层3为珠光岩；
所述的外层加热器5固定在内壳体A4和内壳体B6之间，所述的内壳体B6和内壳体C7之间形成气流通道；
所述的内层加热器8固定在内壳体C7和氨气催化裂解器10之间，配合面采用密封处理，实现零泄漏。
氨气从进气管1进入内壳体B6和内壳体C7的气流通道内；电源插头9焊接在外壳体02上，外部电源通过电源插头9对外层加热器5和内层加热器8提供电力供应，外层加热器5和内层加热器8实现对通道内的氨气进行加热升温；升温后的氨气进入氨气催化裂解器9内，内层加热器8继续对氨气催化裂解器9内的氨气进行加热，实现氨气的完全的催化裂解反应，生成3：1的氢气和氮气，送入氢气提存装置中进行氢氮分离，从而得到纯度大于99.99％的高纯燃料氢。
所述的外层加热器5和内层加热器8均采用红外加热原理，红外加热管封装在耐火材料内，沿圆周方向均布，实现对内壳体B和内壳体C之间狭小缝隙内的氨气进行加热升温功能。
所述的氨气催化裂解器10包括催化剂壳体1001、进口滤网1002、氨催化裂解剂1003、出口滤网1004及排气管1005，所述的进口滤网1002、出口滤网1003、排气管1005焊接在催化剂壳体1001上。
所述的进口滤网1002和出口滤网1004为三层金属丝网结构，具体为双层20目过滤网之间夹一层100过滤网，主要用途为阻止催化剂的脱离，同时，过滤气体中的粉尘，保护催化剂。
所述的氨催化裂解剂1003为一种钌基的催化剂，均匀填充在壳体内部。
所述的排气管5从进气管1内部穿过，且与进气管1的一端密封焊接。
所述的电源插头9焊接在外壳体2上。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种氨气低温催化分解的制氢装置，包括进气管(1)、外壳体(2)、保温层(3)、内壳体A(4)、外层加热器(5)、内壳体B(6)、内壳体C(7)、内层加热器(8)、电源插头(9)、氨气催化裂解器(10)，其特征在于：所述的外壳体(2)为圆柱型结构，且进气管(1)焊接在外壳体(1)上，所述的外壳体(2)内部填充保温层(3)，所述的保温层(3)为珠光岩，所述的外层加热器(5)固定在内壳体A(4)和内壳体B(6)之间，所述的内壳体B(6)和内壳体C(7)之间形成气流通道；所述的内层加热器(8)固定在内壳体C(7)和氨气催化裂解器(10)之间。
2.根据权利要求1所述的一种氨气低温催化分解的制氢装置，其特征在于：所述的外层加热器(5)和内层加热器(8)均采用红外加热原理，红外加热管封装在耐火材料内，沿圆周方向均布。
3.根据权利要求1所述的一种氨气低温催化分解的制氢装置，其特征在于：所述的氨气催化裂解器(10)包括催化剂壳体(1001)、进口滤网(1002)、氨催化裂解剂(1003)、出口滤网(1004)及排气管(1005)，所述的进口滤网(1002)、出口滤网(1003)、排气管(1005)焊接在催化剂壳体(1001)上。
4.根据权利要求3所述的一种氨气低温催化分解的制氢装置，其特征在于：所述的进口滤网(1002)和出口滤网(1004)为三层金属丝网结构，具体为双层20目过滤网之间夹一层100过滤网。
5.根据权利要求3所述的一种氨气低温催化分解的制氢装置，其特征在于：所述的氨催化裂解剂(1003)为一种钌基的催化剂。
6.根据权利要求3所述的一种氨气低温催化分解的制氢装置，其特征在于：所述的排气管(5)从进气管(1)内部穿过，且与进气管(1)的一端密封焊接。
7.根据权利要求1所述的一种氨气低温催化分解的制氢装置，其特征在于：所述的电源插头(9)焊接在外壳体(2)上。
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