CN117963838A - 利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及反应器设计技术领域,具体涉及一种利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器,包括外壳,及设置在所述外壳内的预热舱和包裹在所述预热舱内的反应装置;所述反应装置内设置催化剂管,预热后的氨气在所述催化剂管内分解得到氢气;本申请将发动机产生的烟气热能层级转化,将烟气分别用于反应器的加热和预热,实现对烟气的多级利用,提高发动机余热热能的利用效率。

Description

利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器
技术领域
本发明涉及反应器设计技术领域,具体涉及一种利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器。
背景技术
氢气作为一种高效、清洁的能源,其对于解决目前环境污染问题和化石能源短缺问题具有很高的潜力。但是氢气在储存和运输方面面临很大的技术挑战。而氨分解制氢是一种常用的制氢方法,氨气在催化剂条件下分解成氢气和氮气。氨气的生产和储运技术相对成熟,价格低廉。因此将氨气作为氢气的载体可以很好地解决氢气储运方面的难题,具有很好的发展前景。
目前船舶发动机在运行过程中消耗大量燃料,但是只有少部分热能可以转化为有用能,剩余热量则以烟气、缸套冷却水和润滑油等形式排放到环境中。高效地回收和利用这部分余热可以最大限度地提高热能利用效率。
同时在氨气的分解过程中,反应器的换热效率影响着氨分解制氢的效率,同时由于船舶发动机机舱结构复杂,为最大限度地减少占用机舱空间,所以需设计一种换热效率高、体积小的氨分解反应器来满足未来船舶用氢需求。
发明内容
鉴于上述存在上述问题,本发明提出了一种利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器,充分将发动机产生的烟气热能转换于氢气的制造,所述方法具体过程如下:包括外壳,及设置在所述外壳内的预热舱和包裹在所述预热舱内的反应装置;
所述预热舱包括所述外壳内腔,及设置在所述外壳上的烟气出口;
所述反应装置包括加热装置和反应装置;所述加热装置包括反应器壳体及设置在所述反应器壳体上的烟气进口和加热器出口,所述反应器壳体为舱体结构,所述舱体内设有加热通道;
所述反应装置包括设置在壳体内的氨气通道,所述氨气通道包括依次连接的氨气进气口、螺旋槽纹管、连接管、氨气反应器进口、催化剂管及氨气出口;
所述预热舱对所述螺旋槽纹管进行预热,所述加热装置对催化剂管进行加热。
本申请的有益效果在于,本申请将发动机产生的烟气热能层级转化,将烟气分别用于反应器的加热和预热,实现对烟气的多级利用,提高发动机余热热能的利用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的正视图;
图2为本发明的反应装置的正视图;
图3为本发明中隔板的结构图;
图4为本发明中催化剂管的局部剖视图。
图中:1、预热舱;2、反应装置;3、外壳;4、烟气进口;5、氨气进气口;6、连接管;7、第一折流板;8、第二折流板;9、螺旋槽纹管;10、烟气出口;11、加热器出口;12、多孔板;13、隔板;14、氨气反应器进口;15、连接出口;16、催化剂管;17、反应器壳体;18、氨气出口;19、第一保温层;20、第二保温层;21蜂窝陶瓷催化剂载体;22、催化剂;23、螺纹槽。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,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。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。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”“上”“下”“左”“右”“竖直”“水平”“内”“外”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。此外,术语“第一”“第二”“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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“安装”“相连”“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,或一体的连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。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。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
现有技术的缺陷:现有制氢设备换热不充分,换热效率不高,结构不紧凑。
设计本申请的必要性:利用预热舱解决换热不充分的问题;通过增设螺纹槽来达到强化换热的作用;将反应装置包裹在预热装置的内侧,来使整个反应器结构更加紧凑。
如图1所示,本发明提供以下技术方案:包括外壳3,及设置在外壳3内的预热舱1和包裹在预热舱1内的反应装置2。
预热舱1包括外壳3内腔,及设置在外壳3上的烟气出口10;
反应装置2包括加热装置和反应装置;加热装置包括反应器壳体17及设置在反应器壳体17上的烟气进口4和加热器出口11,反应器壳体17为舱体结构,舱体内设有加热通道。
反应装置包括设置在外壳3内的氨气通道,氨气通道包括依次连接的氨气进气口5、螺旋槽纹管9、连接管6、氨气反应器进口14、催化剂管16及氨气出口18。
如图2所示,反应装置内均匀设有若干第二折流板8,烟气从烟气进口4进入反应装置,经过第二折流板8从加热器出口11流出,此过程为氨分解反应提供热量。经过预热后的氨气从氨气反应器进口14进入催化剂管16并进行氨分解反应。
预热舱1对螺旋槽纹管9进行预热,加热装置对催化剂管16进行加热。
反应器壳体17设置在螺旋槽纹管9的内侧,且螺旋槽纹管9通过若干第一折流板7进行固定,第一折流板7固定在外壳3内腔。
烟气进口4管径大于氨气进气口5管径,氨气进气口5氨气流量为12kg/h—16kg/h,烟气进口4的烟气流量为100kg/h—130kg/h。
加热通道包括间隔安装在反应器壳体17内腔的若干第二折流板8,若干第二折流板8形成气流通道,烟气进口4与加热器出口11分别位于反应器壳体17的两端。
反应器壳体17包括氨气反应器进口14和氨气出口18,氨气反应器进口14呈渐扩管形状,氨气出口18呈渐缩管形状,且氨气反应器进口14中设有多孔板12,多孔板12中的开孔与催化剂管16的排列对应,多孔板12用于将进入反应装置2的氨气均匀分布,并使各个催化剂管的进气量相同。
如图3所示,催化剂管16两端安装隔板13,隔板13固定在反应器壳体17内,催化剂管16内径为10—25mm,且均匀排列。隔板将进入反应装置的氨气与进入反应装置的烟气隔绝。催化剂管16按照正三角形排列,分布更加紧凑,管外热流体的给热系数大。多孔板12的开孔方式跟隔板相同,设置在氨气反应器进口14中,将进入反应器的氨气均匀分布,极大限度地保证各个催化剂管16的氨气进气量相同。催化剂管16内填充有蜂窝陶瓷催化剂载体21,蜂窝陶瓷催化剂载体21上附着催化剂22。外壳3的内壁粘接有第一保温层19,反应器壳体17的内壁粘接有第二保温层20。
如图4所示,催化剂管16表面设有螺旋角为15度-30度的螺纹槽23,螺纹槽23可以通过改变管束的结构来达到强化换热的作用。连接管6位于外壳3的外侧,并与螺旋槽纹管9末端的连接出口15通过连接管6与氨气反应器进口14连接。
管式氨分解反应器的运行过程如下,氨气从氨气进气口5进入螺旋槽纹管9,在螺旋槽纹管9内完成预热,进而氨气通过氨气通道进入反应装置,在氨气反应器进口14中经过多孔板12进入催化剂管16,催化剂管16内填有蜂窝陶瓷催化剂载体21,蜂窝陶瓷催化剂载体21上附着催化剂22,氨气在催化剂22作用下完成氨分解反应,此过程所需要的热量来自从烟气进口4进入的烟气的热量,烟气在为氨分解反应提供完热量之后,通过加热器出口11进入预热装置,进而为氨气的预热提供所需要的热量,完成对烟气余热的多级利用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器,其特征在于,包括外壳(3),及设置在所述外壳(3)内的预热舱(1)和包裹在所述预热舱(1)内的反应装置(2);
所述预热舱(1)包括所述外壳(3)内腔,及设置在所述外壳(3)上的烟气出口(10);
所述反应装置(2)包括加热装置和反应装置;所述加热装置包括反应器壳体(17)及设置在所述反应器壳体(17)上的烟气进口(4)和加热器出口(11),所述反应器壳体(17)为舱体结构,所述舱体内设有加热通道;
所述反应装置还包括设置在外壳(3)内的氨气通道,所述氨气通道包括依次连接的氨气进气口(5)、螺旋槽纹管(9)、连接管(6)、氨气反应器进口(14)、催化剂管(16)及氨气出口(18);
所述预热舱(1)对所述螺旋槽纹管(9)进行预热,所述加热装置对催化剂管(16)进行加热。
2.根据权利要求1所述利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器,其特征在于,所述反应器壳体(17)设置在所述螺旋槽纹管(9)的内侧,且所述螺旋槽纹管(9)通过若干第一折流板(7)进行固定,所述第一折流板(7)固定在外壳(3)内腔。
3.根据权利要求1所述利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器,其特征在于,所述烟气进口(4)管径大于氨气进气口(5)管径,所述氨气进气口(5)氨气流量为12kg/h—16kg/h,烟气进口(4)的烟气流量为100kg/h—130kg/h。
4.根据权利要求1所述利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器,其特征在于,所述加热通道包括间隔安装在反应器壳体(17)内腔的若干第二折流板(8),若干所述第二折流板(8)形成气流通道,所述烟气进口(4)与加热器出口(11)分别位于反应器壳体(17)的两端。
5.根据权利要求1所述利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器,其特征在于,所述反应器壳体(17)包括氨气反应器进口(14)和氨气出口(18),所述氨气反应器进口(14)呈渐扩管形状,氨气出口(18)呈渐缩管形状,且氨气反应器进口(14)中设有多孔板(12),所述多孔板(12)中的开孔与所述催化剂管(16)的排列对应,所述多孔板(12)用于将进入反应装置(2)的氨气均匀分布,并使各个催化剂管的进气量相同。
6.根据权利要求1所述利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器,其特征在于,所述催化剂管(16)两端安装隔板(13),所述隔板(13)固定在反应器壳体(17)内,所述催化剂管(16)内径为10—25mm,且均匀排列。
7.根据权利要求1所述利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器,其特征在于,所述催化剂管(16)内填充有蜂窝陶瓷催化剂载体(21),所述蜂窝陶瓷催化剂载体(21)上附着催化剂(22)。
8.根据权利要求1所述利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器,其特征在于,所述外壳(3)的内壁粘接有第一保温层(19),所述反应器壳体(17)的内壁粘接有第二保温层(20)。
9.根据权利要求1所述利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器,其特征在于,所述催化剂管(16)表面设有螺旋角为15度-30度的螺纹槽(23)。
10.根据权利要求1所述利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器,其特征在于,所述连接管(6)位于外壳(3)的外侧,并于所述螺旋槽纹管(9)末端的连接出口(15)和氨气反应器进口(14)连接。
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