CN115092884B - 一种自加热氨分解制氢装置及其制氢方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自加热氨分解制氢装置，包括通过管道依次连接的氨分解工艺组、氨分离工艺组、氮氢分离工艺组、氢缓冲储存装置；所述自加热氨分解制氢装置还包括自加热工艺组，所述自加热工艺组连接氨分离工艺组；氨分解工艺组包括通过管道依次连接的液氨储存罐、氨汽化装置、至少一个热交换器以及氨分解装置；所述氨汽化装置上连接有环境加热装置；通过合理设置热交换器，充分利用环境加热以提供将液氨汽化的热能，同时利用部分产品氢气进行自加热提供氨分解制氢的热需求，以及充分利用氢燃烧后的尾气、氨分解产品气的余热，在降低对外部能源需求的同时，提高有效得氢率，进而提高了经济性，能够进一步的推动燃料电池对常规内燃机主机的替代。

Description

一种自加热氨分解制氢装置及其制氢方法

技术领域

本发明涉及节能应用技术领域，包括船舶、重卡与无人机等领域节能，具体涉及一种自加热氨分解制氢装置及其制氢方法。

背景技术

船舶航运产生的碳排放占世界碳排放的3％左右。国际海事组织(IMO)提出的2050年碳排放强度指标降低70％，碳排放总量下降50％的目标。按照挪威船级社的分类，实现IMO的目标有三大技术路径：低碳替代燃料(内燃机)、燃料电池和纯电池路线。替代燃料以国外船舶主机商为开发主力；纯电池动力因其质量能量密度太低(0.11kWh/kg电堆)，仅限于短程低功率船舶(或通过模块化换电增程)；燃料电池路线是目前适用于中小功率短途应用，但其发展有可能覆盖整个航运动力需求。

氢燃料电池在实现能效提升和脱碳减排上有远大的应用前景。目前已知的基于石墨双极板技术的国外商业氢燃料电池的最长运行寿命可超过3万小时，与船用中速主机的大修期很接近。但高压氢罐和固态金属吸附储氢的低有效质量密度(<6％)、液氢的超低温度(-253℃)储运需求、以及氢储存所带来的安全隐患都大大限制了氢燃料电池在船舶领域的应用。

除了船舶领域，无人机、重卡等领域也面临着近似的问题。因此，在船舶、无人机、重卡等应用的特殊场景下，通过采用含氢化合物作为储氢燃料(如液氨可达105～120kg/m3氢密度,5.2kWh/kg能量密度)是解决这一问题的重要手段。目前比较普遍的在线制氢路线有甲醇水蒸气重整技术、氨分解制氢与天然气重整制氢等。甲醇和天然气重整都有直接碳排放的问题，而氨分解没有此问题。

氨燃料制氢也面临一些问题，特别是分解需要大量耗能，如液氨的汽化需要外部加热，同时完全分解需要800℃左右的高温，整个过程需要耗费较高的能量。此外，氨燃料作为化学品，也存在毒性问题，如需要外部转运传输会存在一定的安全隐患。因此，本发明旨在解决在有限外部能量的情况下，实现氨的高效分解制氢以及内部循环，节能的同时降低安全隐患。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种自加热氨分解制氢装置，以实现利用环境中的空气或者水实现液氨的汽化，并利用循环制得的氢气为氨气分解提供热能的目的。本发明还提供了自加热氨分解制氢装置的制氢方法，以降低制氢的能耗，实现节能目标。

具体的，本发明提供一种自加热氨分解制氢装置，包括通过管道依次连接的氨分解工艺组、氨分离工艺组、氮氢分离工艺组、氢缓冲储存装置；所述自加热氨分解制氢装置还包括自加热工艺组，所述自加热工艺组连接氨分离工艺组；所述氨分解工艺组包括通过管道依次连接的液氨储存罐、氨汽化装置、至少一个第一热交换器以及氨分解装置；所述氨汽化装置上连接有环境加热装置；通过所述环境加热装置将空气或者水源抽入所述氨汽化装置中对液氨进行加热，实现液氨的汽化；汽化后的氨气依次经过第一热交换器、第二氨分解装置实现氨气的分解；分解后的产品气经过氨分离工艺组、氮氢分离工艺组制得纯化氢气，氢气进入所述氢缓冲储存装置储存，所述氢缓冲储存装置连接氨分解装置的燃烧腔，为氨分解装置提供氢气燃烧作为热源；所述自加热工艺组用于将空气进行预热并传输至氨分解装置的燃烧腔中，预热后的空气与氢气作为混合燃料，为氨分解工艺组提供反应热量。

本发明所述液氨储存罐、氨汽化装置、氨分解装置、环境加热装置均可选用现有技术中的装置，能够实现本发明所述功能即可。

所述液氨储存罐用于存储液氨，作为液氨制备氢气的起始点。优选的所述第一热交换器为一组相互串联的两个热交换器，实现氨气的一级预热和二级预热；经过二级预热的氨气进入氨分解装置，催化分解成为氮气和氢气，氨分解装置中也会存在少部分未分解完全的氨气。

本发明的一大发明点在于，利用环境加热装置为氨汽化装置提供热量；由于液氨在标准大气压下沸点为-33.4℃，液态物体达到沸点就可以挥发，只要达到或高于这个温度液氨就可以挥发；因此本发明利用环境温度，或者针对船舶，利用环境水为氨汽化装置提供自然环境的热量；不需要额外的供热源；相比现有技术中利用电能加热或者原油、燃料等对氨汽化装置进行加热，本技术利用空气或者水回流的方式，大大减少了氨汽化成本，对设备的要求也更低。如以空气为热源，则选用抽风装置源源不断抽入外界空气形成对流，液氨吸收空气中的热量，实现汽化；如以水源为热源，则选用循环水泵将环境中的水源泵入氨汽化装置，并从氨汽化装置的另一端泵出；水源泵入过程中，液氨吸收海水中的热量，实现汽化。

本发明的另一发明点在于氢气制备后实现自加热，利用制备的部分氢气燃烧提供热量实现氨气分解的过程。由于氨分解工艺组需要实现氨气分解成氮气和氢气，需要最高800℃左右的高温。氢气在空气中当量燃烧时火焰温度为1430℃。因此本发明利用了氢气火焰温度高的特性，充分利用氢气的燃烧热量，为氨分解提供热量。

由于纯氢气无法点燃；因此本发明设计了一条自加热工艺组，所述自加热工艺组主要为氢气燃烧提供氧气；所述自加热工艺组同样利用简单的装置，能够实现氨分解工艺组供应空气即可。

因此，本发明能够充分启用环境的热量实现液氨的汽化，同时利用自制的氢气混合外界空气为氨气的分解提供热量；整个装置不需要额外的高能量来源；大大降低了氨汽化和氨分解所需要的热量。

本发明的另一发明点在于，利用了氨气分解后产生的产品气和氢燃烧后的尾气的热量；由于氨气分解吸收了大量的热量；分解得到的氢气、氮气和少量未分解完全的氨气整体作为产品气，进入第二热交换器分别为氨气提供预热，氢燃烧后尾气进入第三交换器和第一热交换器对空气和氨进行预热，实现热量的再利用。

进一步的，所述自加热工艺组包括依次连接的第一抽风装置、至少一个第三热交换器；所述第三热交换器连接所述氨分解装置的一侧；所述氨分解装置的顶部设有回路连接第三热交换器；外界空气由第一抽风装置进入第三热交换器进行预热，再进入所述氨分解装置的燃烧腔中混合氢气燃烧；所述氨分解装置中的尾气由上端管路回到第三热交换器，再进入第一热交换器为氨气预热。

所述第一抽风装置主要实现将外界空气抽入到第三热交换器中进行热交换，再进入燃烧腔中，与氢气混合燃烧。燃烧产生的尾气传输回第三热交换器对空气预热，再进入第一热交换器中对氨气进行预热，以实现尾气热量的再利用。如尾气符合排放标准，可以经过第一热交换器后直接排放，如不符合排放标准，可连接尾气处理的装置，待符合标准后直排。

因此，本发明的自加热工艺组利用外部的空气，为氨分解工艺组提供外源空气，同时，利用燃烧尾气的热量，为空气与氨气进行预热；充分利用了各个阶段的热量，不需要外接热源，更加的节能环保。

进一步的，所述氮氢分离工艺组包括一个或者多个并联的氮氢分离器。

所述氮氢分离器主要用于氮气、氢气混合物的分离；由于氮气属于空气中的主要成分，因此在符合要求的情况下，可以直接排放至空气中；而分离的高纯度的氢气可通过管道传输至氢缓冲储存装置中，所述氢缓冲储存装置的一侧可以接入外源的管道，将氢气排出进行工业应用。小部分的氢气可以传输至所述燃烧腔中，与空气混合燃烧，为氨分解反应提供热量。

所述氮氢分离器的串并联模式分为两种；当选用单纯的两个或者多个氮氢分离器串联时，可以实现氢气的多级纯化，最终能够分离得到接近纯的氢气和氮气；氮气可以直接排放到空气中；氢气进行储存。如采用两个或者多个氮氢分离器并联时；可以实现多条管线氢气和氮气的同步分离，提高分离效率；如果采用两个或者多个氮氢分离器并联的同时，相互之间单向串联；氮氢混合气体进入氮氢分离器后，小部分部分的氮氢气混合气体进入燃烧腔；大部分氮氢气体流经串联的另一氮氢分离器进行二级甚至多级纯化，得到接近纯的氮气和氢气，同样的，氢气存储，氮气直排。

优选的，所述氮氢分离器为变压吸附型氮氢分离器和/或膜分离型氮氢分离器。

进一步的，所述氨分解装置包括燃烧腔和设于燃烧腔内的氨分解反应器，所述第一、二热交换器连接氨分解反应器，使得经第二热交换器预热后的氨气进入氨分解反应器中进行氨气的分解；所述氨分解反应器的另一侧通过回路连接第二热交换器。

所述氨分解反应器设置在燃烧腔的中部，外源输入的空气和从氢缓冲储存装置输入的氢气在燃烧腔的下端充分混合，进行燃烧，为中部的氨分解反应器提供热量。燃烧腔的上端接有管道，燃烧的尾气进入到上层的燃烧腔再通过管路回到第二热交换器，为外源空气预热；再进入第一热交换器，为氨气提供预热。

此时氨分解反应器中的氨气在高温下分解成为氢气和氮气；并存在极少部分未分解氨气的混合气体，定义为产品气；产品气通过回路进入第二热交换器为氨气预热，完成热能循环利用；释放热量后的产品气再次通过管路进入氨分离装置中，进行氢气提纯。

进一步的，所述环境加热装置为第一抽风装置和/或水循环泵。

本发明可以利用自然环境中的空气能量或者水的热量为液氨提供热量，以实现液氨的汽化。其中第一抽风装置和/或水循环泵可以同步使用，或者单独应用，针对不同的应用场景选择即可。所述氨汽化装置的一端为空气或者水的入口，另一端设有出口，热交换之后的空气和水直接排放即可，不需要额外的存储装置，也没有污染问题。

进一步的，还包括设于管道上的多个动力多向阀，以及自动控制系统；所述自动控制系统包括控制端和多个设于自加热氨分解制氢装置管道上的温度检测器、压力检测器、流量监测器、气体成分检测器；所述自动控制系统分别与动力多向阀、温度检测器、压力检测器、流量监测器、气体成分检测器远程控制连接。

本发明在各个主要的装置内及前后管道内都设置有相应的传感器，如对主要机构都需要有温度监测、压力监测和流量监测，对生成的产品气、氨分离装置、氨氢分离装置、氢缓冲储存装置和尾气排放管道等位点均需要对气体成分进行监测。所有的监测数据反馈转化为电信号反馈到控制端，控制端的控制机制通过控制信号反馈到多个动力阀、空气进气控制和循环水泵、抽风装置等的控制，以此实现对各工艺段的温控、压控及流量控制的调整，来保证最终产品氢气的纯度。

同样的，气体成分监测同时要对氨泄露与氢泄露进行监测，并根据预设的符合规范的标准，进行实时的控制，如及时关闭进气/氨阀门，启动内部应急抽风等形式。

本发明提供一种自加热氨分解制氢装置的制氢方法，包括氨分解路线和自加热路线；

所述氨分解路线为：

S1：液氨从液氨储存罐经动力阀进入氨汽化装置，由环境加热装置进行空气加热汽化或环境水加热汽化液氨；

S2：氨气进入第一热交换器进行一级或者多级预热，最后在氨分解装置内分解为氮气、氢气和极少部分未分解氨气的产品气；

S3：产品气进入第二热交换器为氨气提供预热，完成热能利用；热交换后的产品气进入氨分离工艺组，将未分离的氨气分离；同时氮气和氢气进入氮氢分离工艺组，分离的氢气传输至氢缓冲储存装置。

所述自加热路线为：

T1：通过第二抽风机的空气经过第一热交换器预热后与从所述步骤S3中氢缓冲储存装置处供给的部分氢气和/或提纯氢气后的含氢氮气混合燃烧，为氨分解装置供热；

T2：燃烧后的尾气返回第三热交换器对空气进行预热；

T3：尾气进一步返回第一热交换器对氨气进行预热，释放热量后的尾气符合标准时排放；

T4：循环所述步骤S1～S3，步骤T1～T3。

即本发明所需热源的装置为氨汽化装置、第一热交换器、第二热交换器、第三热交换器以及氨分解反应器；其中氨汽化装置所需热源由自然空气或者水来提供；第一热交换器的热量由燃烧尾气提供；第二热交换器、第三热交换器的热量由尾气和/或产品气提供；氨分解反应器的热量来源为制得的氢气和外源空气燃烧产生的热量。因此，本发明的整个装置的热量能够实现自主供给。

进一步的，所述步骤S3中还包括将未分离的氨气返回氨分解装置进一步分解的步骤；或在氨气量极少时，且符合规范的情况下直排的步骤。

对于所述步骤S3中未完全分解的氨气，会通过管道回到第一热交换器，实现热量交换后，再次进入到氨分解装置进行再次分解。如果氨气量极少时，在经过热交换后，在符合规范的情况下可以直排。实现了对未充分燃烧的氨气的热量利用。

进一步的，所述步骤S3中还包括将氮氢分离工艺组中分离的氮气在符合规范情况下直排或有一定量氢气的情况时传输至氨分解装置内燃烧的步骤。

氮氢分离工艺组中分离的氮气几乎为纯氮气，在符合环境要求的情况下可以直排。如果分离不完全，存在部分氢气时，可以将混合气体传输至氨分解装置中，作为燃料进行燃烧，提供热量。

本装置在正常工作时，通过多个热交换器的设置、环境热提供汽化能以及部分产品氢气燃烧加热来满足氨分解所需的能量，减少其对系统外可利用能源的需求；同时通过对氨分解制氢路线与氢燃烧路线分离的设计来降低爆燃与泄露的风险；在模块化设计的情况下，自热式氨分解制氢装置与氢燃料电池结合，可以形成一个独立的供电系统，既可以是作为船舶的辅电，同时也可以替代如船舶中速机、无人机、重卡、电力机车等的电源，实现运行的零排放；同理，液氨可利用已有的成熟储运体系，建设新的专用设施，并结合弃风弃光的弃电制氨，形成闭环，提高能源的独立性。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的模块化自热式氨分解制氢装置，能够满足国际海事组织(IMO)的长期减排要求和国家碳中和的需求。通过合理设置热交换器，充分利用环境加热以提供将液氨汽化的热能，同时利用部分产品氢气进行自加热提供氨分解制氢的热需求，以及充分利用燃烧后的尾气、燃烧后的产品气的余热，在降低对外部能源需求的同时，提高有效得氢率，进而提高了经济性，能够进一步的推动燃料电池对常规柴油主机的替代。通过引入氨作为主燃料，可以进一步推动对西北和沿海弃风弃光发电的利用，提高国家能源的独立性。

附图说明

图1为本发明基于空气环境热提供液氨汽化需能与采用分子筛、变压吸附法提纯方法的自热式氨分解制氢装置。

图2为本发明基于环境水热提供液氨汽化需能与采用分子筛、变压吸附及隔离膜等提纯方法的自热式氨分解制氢装置。

图3为本发明自动控制系统控制方法示意图。

具体实施方式

实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

实施例1

如图1～2所示，本实施例提供了一种基于液氨分解制氢所产生的部分氢气进行燃烧加热给氨分解过程提供热能和利用环境热能提供液氨升华热能的自热式氨分解制氢装置，包括至少一个液氨储罐、一个氨分解反应器61、一个燃烧腔62、多个热交换器、一个液氨汽化装置3、一个氨分离装置、一个氮氢分离装置和一个氢缓冲储存装置8以及连接管道，以及设于管道上的多个动力多向阀，以及自动控制系统；结合图3所示，所述自动控制系统包括控制端和多个设于自加热氨分解制氢装置管道上的温度检测器、压力检测器、流量监测器、气体成分检测器；所述自动控制系统分别与动力多向阀、温度检测器、压力检测器、流量监测器、气体成分检测器远程控制连接。整个系统分为两条路径，其中之一为液氨储存罐1-氨汽化装置3-氨气预热-氨分解反应器61-产品气热利用-氨分离装置-氮氢分离装置-高纯氢产品气储罐缓冲罐；另一条为抽风机-空气预热-燃烧腔62-燃烧尾气热能利用-尾气排放。两条路径中除潜在的热能利用交换燃烧尾气预热氨气外，唯一的交汇处为从氢缓冲储存装置8中提取部分氢气进入燃烧腔62内燃烧，从而尽可能避免氢气的易燃易爆风险。

在液氨分解的路径中，液氨储存罐1可采用独立供氨的高压液氨模式，也可以是低温常压来源的大型燃料舱。液氨的汽化由氨汽化装置3通过空气鼓风加热或者其他环境热能加热如环境水，从而减少对额外热源的需求。氨气预热可以有两个阶段，一个是由燃烧腔62的尾气进行预热，另一个阶段是由氨分解器出来的产品气进行预热。在氨分解反应器61里面可以是800℃高温，也可以是采用催化剂的中温反应。分解后的产品气经过热交换器为氨气预热之后，首先通过分子筛或者类似的氨分离工艺组200将未完全分解的氨气与混合气分离，返回反应器，其中采用中温催化剂的方式需要在分离氢气后再次返回反应器来保证分解率或者符合规范的情况下直接排放处理采用高温分解剩下的量极少。提纯后的混合产品气通过氮氢分离装置，获得高纯的氢气进入缓冲储存罐，氮气直接排空。

在氢燃烧的路径中，空气通过抽风机经管道在第三热交换器9被燃烧后的高温尾气进行预热后，进入燃烧腔62内与从氢缓冲储存装置8中供给的高纯氢燃烧反应，加热氨分解反应器61；燃烧尾气进入第三热交换器9加热空气，再进入第一热交换器4对汽化的氨气进行第一段预热，充分利用尾气的热量。

本发明对所有的设备需要采用撬装模块化设计，对所有设备进行密封布设，同时设置氨氢泄露监测设备，根据规范及安全性要求进行相应的通风设计。对于液氨及氨气环路管道，根据规范及安全性要求的双壁及防腐蚀设计。管道上的各种阀门均可实现双通或三通，方便按需求对管路进行清空与维护。根据模块化的设计，本装置可以根据基础模块按照需求进行规模化组合，从而满足不同氢气产量的需求。

优选的，在高纯气罐进出管路口，需设置气体分析仪，保证进入燃料电池路径的气体符合供气规则。同时各个气体环路的进出口，需设置温度检测器、压力检测器，控制各阶段气体的温度压力符合设计要求。

本发明的整个氨分解制氢装置，通过自动化设计，实现无人化操作，减少安全风险。

实施例2

本实施例提供一种利用实施例1中的自热式氨分解制氢装置实现制氢的方法。

氨分解路线：液氨从液氨储存罐1经第一动力阀21进入氨汽化装置3，由第二抽风机10进行空气加热汽化或者利用水循环泵20抽取环境水加热汽化液氨；氨气之后进入第一热交换器4进行一级预热，接着进入第二热交换器5进行二级预热，最后在氨分解反应器61内催化分解为氮气、氢气，以及存在极少部分未分解氨气的混合气体，统称产品气；产品气迅速进入第二热交换器5为氨气提供二级预热，完成热能利用；散热后的产品气进入氨分解反应器61，将未分离的氨气分离，分离的氨气可以返回氨分解反应器61进一步分解或在量极少的符合规范的情况下直排；分离氨气后的氮氢混合气进入氮氢分离器7实现氮气和氢气的分离，所述氮氢分离器7可以为变压吸附类或膜分离类等，优选的如图1所述相互并联；提纯的氢气进入氢缓冲储存装置8，剩余的近乎纯氮气的尾气在符合规范情况下直排或者有一定量氢气的情况时送入燃烧腔62内燃烧。所述氮氢分离器7优选为两个，且相互并联。本实施例还提供另一种实现方式，即如图2所示，所述氮氢分离器7和300并联的同时串联，能够实现同步分离，也可以氮氢分离器7分离后氮氢分离器300二级分离，获得接近纯的氢气和氮气，氢气存储，氮气排放。

所述氮氢分离器7和氮氢分离器300的进气端设有第二动力阀22；连接氢缓冲储存装置8的出口端设有第三动力阀23，所述氮氢分离器7的两侧还设有用于直排氮气的管道，上面分别设有第四动力阀24和第五动力阀25；所述氢缓冲储存装置8与燃烧腔62的连接管道上设有第六动力阀26。

自加热路线：通过第一抽风装置30的空气经过第三热交换器9预热后与从氢缓冲储存装置8处供给的一部分氢气或者是提纯氢气后的含氢氮气混合燃烧，为氨分解反应器61供热；燃烧后的尾气立刻返回第三热交换器9对空气进行预热，之后的尾气进一步返回第一热交换器4对氨气进行一级预热，然后尾气符合规范的情况下进行排空。

在各个主要的装备内及前后管道内都设置有相应的传感器图中未标识，如对主要机构都需要有温度监测、压力监测和流量监测，对生成的产品气、氨分离装置、氮氢分离器7、氢缓冲储存装置8和尾气排放管道100需要对气体成分进行监测。所有的监测数据反馈转化为电信号反馈到主控制中心，主控制中心的控制端通过控制信号反馈到多个动力阀、空气进气控制和泵的控制，以此实现对各工艺段的温控、压控及流量控制的调整，来保证最终产品氢气的纯度。

气体成分监测同时会对氨泄露与氢泄露进行监测，并根据预设的符合规范的标准，进行实时的控制，如及时关闭进气/氨阀门，启动内部应急抽风等形式。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种自加热氨分解制氢装置，其特征在于，包括通过管道依次连接的氨分解工艺组、氨分离工艺组(200)、氮氢分离工艺组、氢缓冲储存装置(8)；所述自加热氨分解制氢装置还包括自加热工艺组，所述自加热工艺组连接氨分离工艺组(200)；

所述氨分解工艺组包括通过管道依次连接的液氨储存罐(1)、氨汽化装置(3)、至少一个第一热交换器(4)以及氨分解装置；所述氨汽化装置(3)上连接有环境加热装置；通过所述环境加热装置将空气或者水源抽入所述氨汽化装置(3)中对液氨进行加热，实现液氨的汽化；汽化后的氨气依次经过第一热交换器(4)、氨分解装置实现氨气的分解；分解后的产品气依次经过第一热交换器(4)、氨分离工艺组(200)、氮氢分离工艺组制得纯化氢气，氢气进入所述氢缓冲储存装置(8)储存，所述氢缓冲储存装置(8)连接氨分解装置，为氨分解装置提供氢气燃烧作为热源；

所述自加热工艺组用于将空气进行预热并传输至燃烧腔(62)中，预热后的空气与氢气作为混合燃料，为氨分解装置提供反应热量，燃烧后的尾气经过自加热工艺组对空气进行预热，再经过第一热交换器(4)对氨气进行预热后排空；所述自加热工艺组包括依次连接的第一抽风装置(30)、至少一个第三热交换器(9)和燃烧腔(62)；

所述第三热交换器(9)连接所述氨分解装置的一侧；

所述氨分解装置的顶部设有回路连接第三热交换器(9)；

外界空气由第一抽风装置(30)进入第三热交换器(9)进行预热，再进入所述燃烧腔中混合氢气燃烧；所述燃烧后的尾气由上端管路回到第三热交换器(9)为空气预热，再进入第一热交换器(4)为氨气预热；

所述氨分解装置包括燃烧腔(62)和设于燃烧腔(62)内的氨分解反应器(61)，所述氨分解工艺组还包括与所述第一热交换器(4)串联的第二热交换器(5)，所述第二热交换器(5)连接氨分解反应器(61)，使得经第一热交换器(4)和第二热交换器(5)预热后的氨气进入氨分解反应器(61)中进行氨气的分解；所述氨分解反应器(61)的另一侧通过回路连接第二热交换器(5)。

2.根据权利要求1所述的自加热氨分解制氢装置，其特征在于，所述氮氢分离工艺组包括一个或者多个并联和/或串联的氮氢分离器。

3.根据权利要求2所述的自加热氨分解制氢装置，其特征在于，所述氮氢分离器可以是变压吸附型氮氢分离器(7)和/或膜分离型氮氢分离器(300)。

4.根据权利要求1所述的自加热氨分解制氢装置，其特征在于，所述环境加热装置为第一抽风装置(20)和/或水循环泵(10)。

5.根据权利要求1～4任一项所述的自加热氨分解制氢装置，其特征在于，还包括设于管道上的多个动力多向阀，以及自动控制系统；所述自动控制系统包括控制端和多个设于自加热氨分解制氢装置管道上的温度检测器、压力检测器、流量监测器、气体成分检测器；所述自动控制系统分别与动力多向阀、温度检测器、压力检测器、流量监测器、气体成分检测器远程控制连接。

6.如权利要求1～4任一项所述自加热氨分解制氢装置的制氢方法，其特征在于，包括氨分解路线和自加热路线；

所述氨分解路线为：

S1：液氨从液氨储存罐(1)经动力阀进入氨汽化装置(3)，由环境加热装置进行空气加热汽化或环境水加热汽化液氨；

S2：氨气进入第一热交换器(4)进行一级或者多级预热，最后在氨分解装置内分解为氮气、氢气和极少部分未分解的氨气的混合气体，即产品气；

S3：产品气进入第二热交换器(5)为氨气提供预热，完成热能利用；热交换后的产品气进入氨分离工艺组(200)，将未分离的氨气分离；同时氮气和氢气进入氮氢分离工艺组，分离的氢气传输至氢缓冲储存装置(8)；

所述自加热路线为：

T1：通过第一抽风装置(30)的空气经过第一热交换器(9)预热后与从氢缓冲储存装置(8)处供给的部分氢气和/或提纯氢气后的含氢氮气混合燃烧，为氨分解装置供热；

T2：燃烧后的尾气返回第三热交换器(9)对空气进行预热；

T3：预热后的尾气进一步返回第一热交换器(4)对氨气进行预热，进入所述步骤S2中的氨分解装置；

T4：同步循环所述步骤S1～S3，以及步骤T1～T3，直至最后尾气符合规范的情况下从氮氢分离工艺组和/或氢缓冲储存装置(8)排出。

7.根据权利要求6所述的自加热氨分解制氢方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括将分离的氨气返回氨分解装置进一步分解的步骤；或在氨气量极少时，且符合规范的情况下直排的步骤。

8.根据权利要求7所述的自加热氨分解制氢方法，其特征在于，所述步骤S4中还包括将氮氢分离工艺组中分离的氮气在符合规范情况下直排或有一定量氢气的情况时传输至氨分解装置内燃烧的步骤。

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