CN115178187A - 一种车载高压型氨裂解反应器及工作系统 - Google Patents
一种车载高压型氨裂解反应器及工作系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115178187A CN115178187A CN202210750466.8A CN202210750466A CN115178187A CN 115178187 A CN115178187 A CN 115178187A CN 202210750466 A CN202210750466 A CN 202210750466A CN 115178187 A CN115178187 A CN 115178187A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ammonia
- cracking
- vehicle
- air inlet
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 417
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 183
- 238000005336 cracking Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 65
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000004523 catalytic cracking Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 46
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 10
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 6
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 24
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 24
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 15
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 14
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 5
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 43
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 14
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- -1 magnesium aluminate Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
- B01J3/04—Pressure vessels, e.g. autoclaves
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J12/00—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor
- B01J12/007—Chemical processes in general for reacting gaseous media with gaseous media; Apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
- F02B43/10—Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
- F02M25/10—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone
- F02M25/12—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding acetylene, non-waterborne hydrogen, non-airborne oxygen, or ozone the apparatus having means for generating such gases
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
本发明公开了一种车载高压型氨裂解反应器及工作系统，其包括机体、电加热元件、保温构件，机体设置有紧挨的氨催化裂解腔和氨催化燃烧腔，在氨催化裂解腔内设置有第一催化剂床层，氨催化燃烧腔设置有第二催化剂床层，氨催化裂解腔连通有第一进气口和第一出气口，氨催化燃烧腔连通有第二进气口和第二出气口，氨催化燃烧腔设置有点火装置；电加热元件用于对第一催化剂床层进行加热。通过氨催化燃烧、电加热元件和车辆废热加热氨催化裂解腔，可实现氨裂解的快速、高效反应，提高了反应器的响应速度。特别地，本车载高压型氨裂解反应器工作系统具备高压、高效、快速启动、低成本、无需压缩机、无需氢罐、燃料在线实时供给的突出特点。
Description
技术领域
本发明涉及氨能源利用的领域，特别涉及一种车载高压型氨裂解反应器及工作系统。
背景技术
以车载氨氢融合内燃机为例，氨作为单一燃料源，主要部分通入内燃机中，一小部分进入氨裂解反应器裂解产生氢气，裂解反应所生成混合气进入内燃机中助燃。氨裂解制氢是一种可逆吸热的化学反应，氨在催化剂作用下发生裂解，若完全分解可得到体积分数为75％和25％的H2-N2混合气。传统氨裂解制氢技术存在能耗高、反应条件苛刻、制氢纯度低、压力低，以及无法直接快速地实现车载高压供给等突出问题。车载氨裂解反应器主要为氨氢融合内燃机供给氢源，车载工况对氨裂解的产气压力、产气组分、产气通量、响应速度以及反应器结构等方面均提出了一定的需求。
现有氨裂解制氢反应器主要应用于分布式制氢系统、燃料电池供氢系统等领域，研究内容主要集中于降低贵金属催化剂负载量、降低反应器温度、设计新型结构、优化系统热管理等方面。但这些反应器存在结构复杂、热利用率低、热量来源单一、贵金属成本高、催化效率低、产气压力低等缺点，无法满足车载内燃机氢基燃料在线改质及氢源总成的需求。
发明内容
本发明目的在于提供一种车载高压型氨裂解反应器及工作系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：
首先本发明提供一种车载高压型氨裂解反应器，其包括：机体、电加热元件、保温构件，机体为耐高压耐高温构件，机体设置有紧挨的氨催化裂解腔和氨催化燃烧腔，在所述氨催化裂解腔内设置有第一催化剂床层，所述氨催化燃烧腔设置有第二催化剂床层，所述氨催化裂解腔连通有第一进气口和第一出气口，所述氨催化燃烧腔连通有第二进气口和第二出气口，所述氨催化燃烧腔设置有点火装置；电加热元件和氨催化燃烧腔用于对第一催化剂床层进行加热。
本车载高压型氨裂解反应器的有益效果是：对于氨裂解时所需的热源，可通过电加热元件对第一催化剂床层进行加热，氨进入氨催化裂解腔并在第一催化剂床层的催化下，实现氨裂解的快速、高效反应，还可通过将氨和空气通入氨催化燃烧腔，通过点火装置进行点火，在第二催化剂床层的作用下，通过氨催化燃烧加热氨催化裂解腔内的第一催化剂床层，也可实现氨裂解的快速、高效反应，通过氨催化燃烧和电加热元件，提高了反应器的响应速度。
机体通过选择耐高压耐高温先进材料、紧凑型结构设计和高效密封工艺，使反应容器压力达到20-100bar，长期中高温下(400-700℃)运行不出现爆裂和泄露现象。
作为上述技术方案的进一步改进，所述机体包括内外间隔相对固定套设的内管和外管，所述氨催化燃烧腔和氨催化裂解腔分别形成于内管内、内管与外管之间。
本方案中的氨催化燃烧腔和氨催化裂解腔是通过相对固定嵌套设置的内管和外管而成的，其中内管内部的腔室、外管内壁与内管外壁之间的腔室可分别作为氨催化燃烧腔与氨催化裂解腔，这样氨催化燃烧腔与氨催化裂解腔之间的传热效果更好，在管道径向方向进行均匀传热。
为了进一步提高换热的效率，降低热损，氨催化裂解腔设置于外管与内管之间，而氨催化燃烧腔在内管内，这样氨催化燃烧腔所产生的热量可对氨催化裂解腔内的第一催化剂床层进行加热。
其中，所述第二进气口和第二出气口分别设置于内管的两端，所述第一进气口和第一出气口分别设置于外管的两端，所述第一进气口和第一出气口均呈环形。
这样的实现贯通式的进出气方式，可降低风阻，提高进气量。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一进气口设置有多个花洒孔，所述第一进气口与第二出气口设置于同一端侧。
氨气从第一进气口进入时，氨气分通道进入第一催化剂床层，扩大了氨气进气后与所述第一催化剂床层接触面积，可提升氨裂解效率。所述第一进气口与第二出气口设置于同一端侧，可实现氨催化裂解腔和氨催化燃烧腔内部的气流相向对流，可以充分利用燃烧热量。
作为上述技术方案的进一步改进，在所述第一催化剂床层内有氨催化裂解热电偶，而在所述第二催化剂床层内有氨催化燃烧热电偶，所述外管周围设有保温构件。
氨催化裂解热电偶主要用于检测氨催化裂解的温度，而氨催化燃烧热电偶用于检测氨催化燃烧的温度，设有保温构件的外管可减少热量损失。
突出地，本发明还提出采用车载高压型氨裂解反应器、以及基于该反应器的工作系统，该工作系统包括上述的车载高压型氨裂解反应器、氨气供给装置、控制系统、内燃机，所述第二进气口同时与氨气供给装置和外界连通，所述第一进气口与氨气供给装置连通，所述第一出气口通过热交换器与内燃机连通。
氨气供给装置除供给内燃机氨燃料外，还分别供给氨催化裂解腔所需大部分氨气和氨催化燃烧腔小部分氨气，同时，该小部分氨气与外界的空气一起混合进入氨催化燃烧腔进行催化燃烧，氨裂解反应器所产生的混合气降温后进入内燃机。反应器设置为高压，保证反应器产气压力≥20bar，无需经压缩机加压，保证反应器产气满足内燃机进气的压力需求。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括换热器，所述换热器的氨出口与第一进气口连接，所述内燃机尾气与换热器热侧进口连接。
本方案设置了换热器来对内燃机尾气热量进行回收利用，并通过该热量对裂解氨气进行预热，提高热量的利用率。
作为上述技术方案的进一步改进，所述换热器设置有三个热侧通道和一个冷侧通道，所述冷侧通道连接于第一进气口与氨气供给装置之间，第一个热侧通道与内燃机尾气连通，第二个热侧通道与第二出气口连通，第三个热侧通道连接于第一出气口与内燃机之间。
为了进一步提高热量的利用率，以及提高反应器产气效率和速率，本方案还对车载高压型氨裂解反应器所产生的热量进行回收利用，主要裂解混合气和催化燃烧尾气通过换热器对裂解催化前的氨气进行加热，建立热集成加热系统，可以使等同能量利用效率下氨裂解反应器的窗口温度提高(例如：450～700℃)。反应器窗口温度的提升，可增加氨裂解催化剂的多样性，可选择低成本(非贵金属)催化剂以降低成本。
所述工作系统还包括控制系统，所述控制系统实时控制和反馈氨裂解进气流量和压力、氨催化燃烧进气流量和压力、空气流量和压力、氨气和空气供气时机、氨裂解反应温度、氨催化燃烧温度以及三种热源启停时机。
氨催化燃烧可以加快车载工况下的响应，达到毫秒级的氢气供给速度，≤1min的整车启动，进而满足快速启动的车载工况需求，本装置采用氨催化燃烧无需氢罐，且有助于实现快速起燃、加热裂解床层，无需氢罐，节省了成本和空间。
作为上述技术方案的进一步改进，所述氨气供给装置包括依次连接的液氨罐、蒸发器，所述蒸发器的热侧连接有冷却水循环系统，所述液氨罐通过管道与内燃机液氨进口连接。蒸发器还可对汽车运行中冷却水循环系统的热量进行回收利用，液氨经过蒸发器时，吸收热量，形成氨气。而液氨罐同时给内燃机提高液氨燃料。
本发明的有益效果是：通过采用高压型反应器，无需经压缩机，为内燃机供给高压助燃燃料(氨氢氮混合气)；非贵金属催化燃烧加热的“三合一”热集成加热方式，提高氨催化裂解在高压下的反应温度，实现节能降耗；开发在高压下使用的非贵金属或超低载量的贵金属催化剂不仅可以降低成本，还可在提高的窗口温度下工作以提高催化效率；高效热集成的有序能量管理可以提高反应器产气效率和速度，为内燃机快速供氢，进而加快整车启动速度。且车载高压型氨裂解反应器结构简单、紧凑，易于加工制造，器件轻量小型化，节省车辆有限空间，在上述四个有益效果的作用下可实现稳定、快速、高通量、高压高效的内燃机助燃燃料供给。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
图1是本发明所提供的车载高压型氨裂解反应器，其一实施例的剖视示意图；
图2是本发明所提供的车载高压型氨裂解反应器，其一实施例的其中一端的示意图；
图3是本发明所提供的车载高压型氨裂解反应器，其一实施例的另外一端的示意图；
图4是本发明所提供的车载高压型氨裂解反应器工作系统，其一实施例的示意图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1至图4，本发明的车载高压型氨裂解反应器的工作系统作出如下实施例：
本实施例的车载高压型氨裂解反应器的工作系统包括车载高压型氨裂解反应器600、氨气供给装置、内燃机700。
其中本实施例的车载高压型氨裂解反应器600包括机体、电加热元件300、保温构件，机体包括内外设置的内管400与外管500，外管500设置于内管400的外周侧，内管400与外管500相对固定设置，例如可在内管400与外管500之间可设置固定杆架进行固定。这样内管400内部形成有一个腔室，而外管500内壁与内管400外壁之间形成一个腔室，该两个腔室分为氨催化燃烧腔、氨催化裂解腔，由于氨催化燃烧用于对氨催化裂解腔进行加热，本实施例的氨催化燃烧腔设置于内管400内，而氨催化裂解腔设置于外管500内壁与内管400外壁之间，这样氨催化燃烧腔与氨催化裂解腔之间的传热效果更好，在腔体周围进行换热，可充分利用氨催化燃烧腔所产生的热量。
在氨催化裂解腔内填充有第一催化剂床层100，而在氨催化燃烧腔内填充有第二催化剂床层200，本实施例的第一催化剂床层100呈套筒状，而第二催化剂床层200为柱状，其中第一催化剂床层100用于对氨的裂解进行催化，第一催化剂床层100布置的催化剂可选择和设计非贵金属催化剂(Fe、Ni、Co、Cu、Mo及其组合等)、超低载量贵金属催化剂(Ru、Ir、Mo及其组合等)，同时选择常用氧化物载体(Al2O3、SiO2、CeO2、ZrO2、TiO2、CaO、镁铝尖晶石型、钙钛矿型氧化物以及碳纳米管等)、碱金属或碱土金属助剂(Li、Na和K等)，并且为高压型反应器，压力范围可为20～100bar，工作温度区间为300～700℃，氨气进入所述第一催化剂床层100后发生裂解反应，产生氨气、氮气、氢气(氨氢氮)混合气；第二催化剂床层200为氨催化燃烧的发生场所，主要布置氨催化燃烧催化剂，具体地：第二催化剂床层200布置催化剂可选择和设计非贵金属催化剂(Cu、Mn、Cr、Co及其组合等)、低载量贵金属(Pt、Ag、Rh、Pd、Ir及其组合等)，同时选择常用氧化物载体(六铝酸盐、Al2O3、MgO、CeO2、ZrO2、TiO2、ZnO、钙钛矿型氧化物等)、碱金属或碱土金属助剂(Li、Na和K等)，通过使用催化剂降低氨燃烧起燃温度，并帮助氨气稳定燃烧，在所述氨催化燃烧腔内设有点火装置，通过点火装置进行点火，在第二催化剂床层200的作用下，通过氨催化燃烧加热氨催化裂解腔内的第一催化剂床层100。
同时，氨催化裂解腔设置有相互连通的第一进气口110与第一出气口120，而氨催化燃烧腔也设置有相互连通的第二进气口210与第二出气口220，第一进气口110为氨催化裂解进气口，进气来自于氨气供给装置，第一进气口110与氨气供给装置连通，第一出气口120为氨催化裂解出气口，氨裂解出气为氨气、氢气、氮气(氨氢氮)混合气，第一出气口120与内燃机700连通，第二进气口210氨催化燃烧进气口，进气来自于氨气供给装置，同时混入空气以实现氨在催化剂作用下催化燃烧，第二进气口210同时与外界供给和氨气供给装置连通，第二出气口220为氨催化燃烧出气口，出气为氨催化燃烧后氮气和水蒸气的混合气。
本实施例的第二进气口210与第二出气口220分别为内管400的两端口，而所述第一进气口110与第一出气口120分别为外管500与内管400之间的两端口，这样本实施例的第一进气口110与第一出气口120均呈环形口结构，实现贯通式的进出气方式，可降低风阻，提高进气量。
第一进气口110为多个花洒孔111结构，氨气从第一进气口110进入时，氨气分通道进入第一催化剂床层100，扩大了氨气进气后与所述第一催化剂床层100接触面积，可提升氨裂解效率。
此外，第一进气口110和第二出气口220设于同一端侧，可实现氨催化裂解腔和氨催化燃烧腔内部的气流相向对流，可以充分利用燃烧热量。
本实施例中的电加热元件300用于对氨催化裂解腔内第一催化剂床层100进行加热，电加热元件300采用电阻丝或加热带，电阻丝/加热带包裹于第一催化剂床层100的外周壁，电阻丝/加热带可与氨催化燃烧分别或共同用于启动加热，从而可提高了反应器的响应速度。
进一步地，外管500周围设有保温构件，电加热元件300和外管500共同使用，设有保温构件的外管500可保持氨裂解反应器温度稳定，在节能降耗的同时，实现氢气的高效稳定供应。
在第一催化剂床层100中不同位点布置有多个氨催化裂解热电偶130，在第二催化剂床层200中不同位点布置有氨催化燃烧热电偶230，氨催化裂解热电偶130主要用于检测氨催化裂解的温度，而氨催化燃烧热电偶230用于检测氨催化燃烧的温度，热电偶多位点布置，通过电子控制实现氨催化燃烧和氨催化裂解在稳定的温度区间进行。
为了提高热量的利用率，本实施例还设置有换热器800，本实施例的换热器800内部设有一个冷侧通道和对冷侧通道进行热交换的三个热侧通道，冷侧通道连接于氨气供给装置与第一进气口110之间，由于内燃机700在运行中会产生高温尾气，所以第一个热侧通道与内燃机700的尾气排放口连接，通过换热器800来对内燃机700尾气热量进行利用，并通过该热量对进裂解器的氨气进行预热；车载高压型氨裂解反应器600在进行氨气裂解反应时也会产生热量，主要是高温的裂解混合气和催化燃烧尾气，第二个热侧通道与第二出气口220连通，第三个热侧通道连通于第一出气口120与内燃机700之间，裂解混合气和催化燃烧尾气再通过换热器800对裂解催化前的氨气进行加热。
以及，本实施例的氨气供给装置包括液氨罐900和蒸发器910，述蒸发器910的热侧连接于冷却水循环系统920，液氨罐900、蒸发器910与换热器800依次连接，此外，液氨罐900与内燃机700液氨进口连接，液氨罐900同时给内燃机700提高液氨燃料，蒸发器910可对汽车运行中冷却水循环系统920的热量进行利用，液氨经过蒸发器910时，吸收热量，变形成氨气。
反应器在车载工况下工作时，可将尾气废热(如发动机尾气、反应器出气(包括裂解混合气和催化燃烧尾气)、冷却水等)、电加热、催化燃烧加热等三类热源进行整合，建立“三合一”的热集成加热系统，提高氨裂解反应器的反应窗口温度。对于反应器温度的提升，可增加氨裂解催化剂的多样性，可选择低成本(非贵金属)催化剂以降低成本。
采用所述氨催化燃烧，可以达到毫秒级的氢气供给速度，≤1min的整车启动，满足低成本、快速启动的车载工况需求。
并且反应器设置为高压，保证反应器产气为高压，燃料供给系统无需使用压缩机加压(使用压缩机成本高、体积大、能耗高)，直接高压供给内燃机700，保证反应器产气满足内燃机700进气≥20bar的压力需求。
本系统采用氨催化燃烧无需氢罐，且可以实现快速起燃、加热裂解床层，进而实现毫秒级氢气供给速度，无需氢罐。当车辆正常工作时，热源利用顺序为先利用车辆废热，热量不够时再加上电加热，最后用氨催化燃烧加热补充。所以，当反应器工作时，可通过适时开启或关闭电加热和氨催化燃烧加热，控制反应器裂解窗口温度。此“三合一”热集成利用是一种高效热集成管理方法，充分提高了系统的能量利用效率。
本实施例的车载高压型氨裂解器为氨氢融合内燃机供给高压助燃燃料(氨氢氮混合气)，故原料氨气无需完全裂解，也无需分离，只需达到较高的转化率(≥80％)或产氢率(例如超级重卡需要≥2kg/h)即可。裂解产生的氨氢氮混合气可高压直接供给氨内燃机。另外，裂解器工作时需配置控制系统1000，实时控制和反馈氨气进气压力和流量、氨气供气时机、氨裂解反应器内部温度等，控制系统1000通过反应器内部的热电偶来检测反应器内氨裂解反应和氨催化燃烧温度，反应器进口的温度、流量和压力传感器来检测氨裂解进气温度、流量和压力，氨催化燃烧进气温度、流量和压力，以及空气供气的温度、流量和压力，内燃机700内部的传感器来检测内燃机700的工况，再控制对应的阀门的开关及开度，对反应器出口混合气的压力和供应内燃机助燃燃料的压力进行实时监测、控制和调节，从而实现对氨燃料的高效在线改质和对氨氢融合内燃机的助燃燃料的高效高压制备与供应。高压型氨裂解反应器600还可配置压力表，以实时监测反应压力。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种车载高压型氨裂解反应器，其特征在于：其包括：
机体，其为耐高压耐高温构件，所述机体设置有紧挨的氨催化裂解腔和氨催化燃烧腔，在所述氨催化裂解腔内设置有第一催化剂床层(100)，所述氨催化燃烧腔设置有第二催化剂床层(200)，所述氨催化裂解腔连通有第一进气口(110)和第一出气口(120)，所述氨催化燃烧腔连通有第二进气口(210)和第二出气口(220)，所述氨催化燃烧腔设置有点火装置；
电加热元件(300)，其用于机体的加热，主要对第一催化剂床层(100)进行加热。
保温构件，设置于外管(500)周围，其用于减少热量损失，稳定保持氨裂解反应器温度，主要是保持机体的温度。
2.根据权利要求1所述的一种车载高压型氨裂解反应器，其特征在于：
所述机体包括内外间隔相对固定嵌套设置的内管(400)和外管(500)，所述氨催化燃烧腔和氨催化裂解腔分别形成于内管(400)内、内管(400)与外管(500)之间。
3.根据权利要求2所述的一种车载高压型氨裂解反应器，其特征在于：
所述第二进气口(210)和第二出气口(220)分别设置于内管(400)的两端，所述第一进气口(110)和第一出气口(120)分别设置于外管(500)的两端，所述第一进气口(110)和第一出气口(120)均呈环形。
4.根据权利要求3所述的一种车载高压型氨裂解反应器，其特征在于：
所述第一进气口(110)设置有多个花洒孔(111)，所述第一进气口(110)与第二出气口(220)设置于同一端侧。
5.根据权利要求2所述的一种车载高压型氨裂解反应器，其特征在于：
在所述第一催化剂床层(100)内有氨催化裂解热电偶(130)，而在所述第二催化剂床层(200)内有氨催化燃烧热电偶(230)，所述外管(500)外围包裹有保温构件。
6.一种车载高压型氨裂解反应器的工作系统，其特征在于：其包括如权利要求1至5任意一项所述的车载高压型氨裂解反应器，还包括氨气供给装置、内燃机(700)，所述第二进气口(210)同时与氨气供给装置、外界连通，所述第一进气口(110)与氨气供给装置连通，所述第一出气口(120)与内燃机(700)连通。
7.根据权利要求6所述的一种车载高压型氨裂解反应器的工作系统，其特征在于：还包括换热器(800)，所述换热器(800)的氨出口与第一进气口(110)连接，所述内燃机(700)尾气与换热器(800)热侧进口连接。
8.根据权利要求6所述的一种车载高压型氨裂解反应器的工作系统，其特征在于：
还包括控制系统(1000)，所述控制系统(1000)实时控制和反馈氨气进气流量、氨气供气时机、氨裂解反应器内部温度。
9.根据权利要求7所述的一种车载高压型氨裂解反应器的工作系统，其特征在于：
所述换热器(800)设置有三个热侧通道和一个冷侧通道，所述冷侧通道连接于第一进气口(110)与氨气供给装置之间，第一个热侧通道与内燃机(700)尾气连通，第二个热侧通道与第二出气口(220)连通，第三个热侧通道连接于第一出气口(120)与内燃机(700)之间。
10.根据权利要求7所述的一种车载高压型氨裂解反应器的工作系统，其特征在于：
所述氨气供给装置包括依次连接的液氨罐(900)、蒸发器(910)，所述蒸发器(910)的热侧连接有冷却水循环系统(920)，所述液氨罐(900)通过管道与内燃机(700)液氨进口连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210750466.8A CN115178187A (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 一种车载高压型氨裂解反应器及工作系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210750466.8A CN115178187A (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 一种车载高压型氨裂解反应器及工作系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115178187A true CN115178187A (zh) | 2022-10-14 |
Family
ID=83516385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210750466.8A Pending CN115178187A (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 一种车载高压型氨裂解反应器及工作系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115178187A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116293676A (zh) * | 2023-05-18 | 2023-06-23 | 佛山仙湖实验室 | 一种多孔介质燃烧装置、氨气燃烧系统及燃烧控制方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05332152A (ja) * | 1991-06-25 | 1993-12-14 | Koji Korematsu | アンモニア燃焼エンジン |
| US20030084891A1 (en) * | 2001-08-01 | 2003-05-08 | Gillston Lionel M | Catalytic combustion surfaces and method for creating catalytic combustion surfaces |
| CN102216588A (zh) * | 2008-11-19 | 2011-10-12 | 日立造船株式会社 | 氨发动机系统 |
| CN203892008U (zh) * | 2014-06-17 | 2014-10-22 | 厦门大学 | 一种氨发动机系统 |
| CN107120212A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-09-01 | 王海斌 | 插电式汽车氢氨混合燃料发动机供应装置 |
| CN107288780A (zh) * | 2017-06-09 | 2017-10-24 | 厦门大学 | 带氨裂解装置的动力机构 |
| CN111252734A (zh) * | 2018-11-30 | 2020-06-09 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种可移动快速自热制氢装置及应用 |
| CN111957271A (zh) * | 2020-09-03 | 2020-11-20 | 福州大学化肥催化剂国家工程研究中心 | 一种自热式氨分解反应器 |
| CN112483243A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-12 | 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) | 一种基于等离子体在线裂解、点火与助燃的氨发动机 |
| CN113451615A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-09-28 | 青岛创启新能催化科技有限公司 | 一种液氨裂解发电系统及方法 |
| CN214753865U (zh) * | 2021-05-18 | 2021-11-16 | 青岛创启新能催化科技有限公司 | 一种新型液氨储氢发电系统 |
| CN114508699A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-05-17 | 国网江苏电力设计咨询有限公司 | 氨裂解制氢加氢综合能源供应系统 |
-
2022
- 2022-06-29 CN CN202210750466.8A patent/CN115178187A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05332152A (ja) * | 1991-06-25 | 1993-12-14 | Koji Korematsu | アンモニア燃焼エンジン |
| US20030084891A1 (en) * | 2001-08-01 | 2003-05-08 | Gillston Lionel M | Catalytic combustion surfaces and method for creating catalytic combustion surfaces |
| CN102216588A (zh) * | 2008-11-19 | 2011-10-12 | 日立造船株式会社 | 氨发动机系统 |
| CN203892008U (zh) * | 2014-06-17 | 2014-10-22 | 厦门大学 | 一种氨发动机系统 |
| CN107120212A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-09-01 | 王海斌 | 插电式汽车氢氨混合燃料发动机供应装置 |
| CN107288780A (zh) * | 2017-06-09 | 2017-10-24 | 厦门大学 | 带氨裂解装置的动力机构 |
| CN111252734A (zh) * | 2018-11-30 | 2020-06-09 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种可移动快速自热制氢装置及应用 |
| CN111957271A (zh) * | 2020-09-03 | 2020-11-20 | 福州大学化肥催化剂国家工程研究中心 | 一种自热式氨分解反应器 |
| CN112483243A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-12 | 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) | 一种基于等离子体在线裂解、点火与助燃的氨发动机 |
| CN113451615A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-09-28 | 青岛创启新能催化科技有限公司 | 一种液氨裂解发电系统及方法 |
| CN214753865U (zh) * | 2021-05-18 | 2021-11-16 | 青岛创启新能催化科技有限公司 | 一种新型液氨储氢发电系统 |
| CN114508699A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-05-17 | 国网江苏电力设计咨询有限公司 | 氨裂解制氢加氢综合能源供应系统 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116293676A (zh) * | 2023-05-18 | 2023-06-23 | 佛山仙湖实验室 | 一种多孔介质燃烧装置、氨气燃烧系统及燃烧控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102132450B (zh) | 包括制氢组件的燃料电池系统 | |
| CN209523828U (zh) | 一种车载式甲醇重整制氢装置 | |
| US20050132650A1 (en) | Fast light-off catalytic reformer | |
| CN111533089B (zh) | 加热器、重整制氢装置及重整制氢方法 | |
| CN109855107B (zh) | 一种供热脱氢一体化反应器 | |
| CN102155332B (zh) | 一种内加热式氧化亚氮单组元燃气发生器 | |
| JP2024518985A (ja) | アンモニアを処理するためのシステムおよび方法 | |
| CN104033293A (zh) | 一种甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置 | |
| CN106241734A (zh) | 一种甲醇裂解反应器 | |
| WO2017148043A1 (zh) | 电动汽车动力电池组温度控制系统及方法 | |
| CN110357037B (zh) | 尾气加热式甲醇制氢重整器 | |
| CN103693618B (zh) | 一种利用汽车尾气余热进行自热重整制氢的制氢反应器 | |
| US6314919B1 (en) | Method for preparing an air-fuel mixture for an internal combustion engine, device for realizing the same and heat-exchanger | |
| CN115178187A (zh) | 一种车载高压型氨裂解反应器及工作系统 | |
| CN105569883A (zh) | 一种利用发动机余热的甲醇裂解反应器 | |
| CN101172577A (zh) | 甲醇分解反应器 | |
| CN111305947A (zh) | 甲醇与氢气双燃料动力系统 | |
| CN208952133U (zh) | 一种处理低浓度石油炼制工业vocs非定态催化燃烧装置 | |
| CN103210193B (zh) | 燃料重整器 | |
| CN109026450B (zh) | 恒温裂解器及车辆 | |
| CN109630245A (zh) | 一种轻烃/柴油燃料重整系统及重整方法 | |
| US7721681B1 (en) | Hydrocarbon and water hybrid engine | |
| CN211719720U (zh) | 一种通用型重整燃料电池系统 | |
| CN211419566U (zh) | 液态燃料催化重整装置 | |
| CN210656144U (zh) | 尾气加热式甲醇制氢重整器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221014 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |