CN220460633U - 一种小型氨分解制氢装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于氨分解设备技术领域，提供一种小型氨分解制氢装置，其结构简单小巧、制氢成本低。为实现上述目的，采用下列技术方案一种小型氨分解制氢装置，包括：氨气单元、预热单元和氨分解反应器；预热单元用于将来自于氨气单元的氨气进行预热操作，并将预热后的氨气送往氨分解反应器；氨分解反应器为催化式燃烧氨分解反应器，其反应生成的产物气经第一氨气管路进入预热单元后并通过第二氨气管路送往下游，其燃烧生成的燃烧气经燃烧气管路进入预热单元后并经尾气出口管路排出。通过天然气催化燃烧供热系统来实现氨气的分解，并利用产物气和燃烧气体为氨气预加热，以降低制氢的能耗成本，以及废气的利用，节约能源，实现节能的目标。
Description
技术领域
本实用新型属于氨分解设备技术领域，特别涉及一种小型氨分解制氢装置。
背景技术
氢气在多个行业中具有重要地位，氢气的性质十分活泼，很容易泄露和爆炸，存储和运输的成本较高，基于此，业内通常需要一种储氢物质来运输。常用的储氢物质有甲醇、甲酸、天然气、石油、氨气等，其中氨气是一种非常有前景的储氢物质，结合绿氨的应用，可完全实现零排放。现有技术中，储氢主要有三种方式：电化学方法分解氨、机械化学法分解氨以及热分解或催化裂解氨。近年来，电化学技术在催化化学领域的研究备受关注。在温和条件下，通过电催化分解含氢物质制氢的技术路线已成为发展清洁能源的有效途。
中国实用新型公开了一种氨电解制氢装置（公告号：CN210736903U，公告日：20200612），具有储氢功能，且实现了高收率高纯度的氢气和提高资源利用率的技术效果。但现在的氨分解制氢装置主要电加热供热能耗偏高，制氢成本偏高。且目前许多氨分解制氢系统能量利用不充分、存在热量损失、转化率低、结构繁重等问题。
为此，需要一种制氢成本低、结构简单小巧的装置，主要满足小型装置的用氢需求。例如：小型氢发电站、氢能源加氢站和氢能源汽车加氢等。
实用新型内容
鉴于上述现有对氨分解存在能量利用不充分、存在热量损失、转化率低、结构繁重等问题，本实用新型的目的在于提供一种小型氨分解制氢装置，其结构简单小巧、制氢成本低。
为实现上述目的，本实用新型采用下列技术方案：
一种小型氨分解制氢装置，其特征在于，包括：
氨气单元、预热单元和氨分解反应器；
预热单元用于将来自于氨气单元的氨气进行预热操作，并将预热后的氨气送往氨分解反应器；
氨分解反应器为催化式燃烧氨分解反应器，其反应生成的产物气经第一氨气管路进入预热单元后并通过第二氨气管路送往下游，其燃烧生成的燃烧气经燃烧气管路进入预热单元后并经尾气出口管路排出。
在本实用新型公开的其中一个技术方案中，预热单元内设置有第一介质管路、第二介质管路及第三介质管路；第一介质管路的一端与氨气单元的出口相连通，另一端与氨分解反应器的一个入口相连通；第二介质管路的一端与第一氨气管路相连通，另一端与第二氨气管路相连通；第三介质管路的一端与燃烧气管路相连通，另一端与尾气出口管路相连通。
在本实用新型公开的其中一个技术方案中，第一介质管路为螺旋管路；第二介质管路为直管，该管路贯穿预热单元；第三介质管路为螺旋管路；第一介质管路环绕第二介质管路，且第三介质管路环绕第一介质管路，使第一介质管路夹在第二介质管路和第三介质管路之间。
在本实用新型公开的其中一个技术方案中，氨气吸附单元、变压吸附单元和氢气存储单元；氨气吸附单元的入口与第二氨气管路相连通，其一个出口通过管路与变压吸附单元的入口相连通，另一个出口经吸附解吸气管路汇流至混合管路；变压吸附单元的一个出口通过管路与氢气存储单元相连通，另一个出口经变压吸附解吸气管路汇流至混合管路。
在本实用新型公开的其中一个技术方案中，混合管路的出口端与天然气进口管路和空气进口管路汇合后连通到氨分解反应器。
在本实用新型公开的其中一个技术方案中，氨气吸附单元，采用2个或以上吸附塔，吸附塔内设有吸附剂。
在本实用新型公开的其中一个技术方案中，吸附剂是活性炭、沸石、分子筛、氧化石墨烯、氧化铝、硅胶及多孔有机聚合物中的一种或多种。
在本实用新型公开的其中一个技术方案中，氨气单元为液氨单元。
在本实用新型公开的其中一个技术方案中，氨分解反应器中的催化燃烧催化剂是Pt/γ-Al2O3、Pd/γ-Al2O3、Cu/γ-Al2O3、CuCr2O4、Co/ZrO2中的任意一种。
在本实用新型公开的其中一个技术方案中，氨分解反应器中的分解催化剂是Ru、Fe、Co、Ni、Ni-Fe等贵金属、非贵金属或者双金属催化剂的一种或多种。
有益效果
1、通过天然气催化燃烧供热系统来实现氨气的分解，并利用高温的产物气和高温的燃烧气为氨气预加热，以降低制氢的能耗成本，以及废气的利用，节约能源，实现节能的目标。
2、本实用新型将氨气高温分解的气体和催化燃烧后的气体给氨气提供热量，不需要对预热氨气提供额外热量。降低了整个装置的热量损耗同时，也实现了结构小巧，无需使用过多的设备的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本实用新型的一种小型氨分解制氢装置的结构示意图。
附图标记：
1-氨气单元；
2-预热单元；21-第一介质管路；22-第二介质管路；22-第三介质管路；
3-氨分解反应器；31-第一氨气管路；32-燃烧气管路；
4-氨气吸附单元；41-吸附解吸气管路；42-第二氨气管路；
5-变压吸附单元；51-变压吸附解吸气管路；6-氢气储存单元；7-空气进口管路；8-天然气进口管路；9-尾气出口管路；10-混合管路。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
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”“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
本实用新型实施例公开了一种小型氨分解制氢装置，其结构如附图1所示。该装置包括氨气单元1、预热单元2和氨分解反应器3。氨气单元1还可以是液氨单元，用于提供氨原料。预热单元2的作用是为了对来自对氨气单元1中的氨气进行预热，并将预热后的氨气送往氨分解反应器3。氨分解反应器3为催化式燃烧氨分解反应器，在高温和催化条件下将氨气分解成氢气。其中，分解反应生成的高温产物气经第一氨气管路31送入预热单元2，并穿过预热单元2送往下游。其燃烧生成的高温燃烧气经燃烧气管路32进入预热单元2后并经尾气出口管路9排出。通过这种设计，燃烧分解后的高温产物气和高温燃烧气都被引导进入预热单元2，利用它们的余热预热氨气。再将预热后的氨气通入到氨分解反应器3进行氨分解，可达到提高反应效率、节约能源成本、降低热量耗损的目的。
进一步，预热单元2中有第一介质管路21、第二介质管路22及第三介质管路23。第一介质管路21为螺旋管，其一端与氨气单元1的出口相连通，另一端与氨分解反应器3的一个入口相连通。它是用来把氨气输入到预热单元2的管路；第二介质管路22为直管，其一端与第一氨气管路31相连通，另一端与下游相连通。该管路用于将氨分解反应器3产生的高温产物气引入预热单元2中，以辐射加热第一介质管路21中的氨气，再将高温产物气传输到下一个位置。第三介质管路23为螺旋管，一端与燃烧气管路32相连通，另一端与尾气出口管路9相连通。它用于引导高温燃烧气到预热单元2中，为氨气的预热过程提供热量。这样的设计可以实现高温产物气和高温燃烧气与预热单元2中的氨气进行热交换，将热量传递给氨气进行预热。有助于提高能源利用效率，并进一步降低成本。且装置结构简单小巧，实现既能节能也能达到结构紧凑小巧的目标。
其中，第一介质管路21为螺旋管路；第二介质管路22为直管，该管路贯穿预热单元2；第三介质管路23为螺旋管路；第一介质管路21环绕第二介质管路22，且第三介质管路23环绕第一介质管路21，使第一介质管路21夹在第二介质管路22和第三介质管路23之间。在运行过程中，产物气和燃烧气通过第二介质管路22和第三介质管路23流动，与位于二者之间的第一介质管路21中的氨气进行热交换。这样，第一介质管路21的氨气可以从产物气和燃烧气中吸收热量。此设计可在增加第一介质管路21的热辐射面积，从而进一步提高能源利用效率，改善装置的热传递性能，实现能源的回收和利用。
进一步，如图1所示，该装置还包括氨气吸附单元4、变压吸附单元5和氢气存储单元6。其中，氨气吸附单元4中有2个或以上吸附塔，吸附塔内设有吸附剂。氨气吸附单元4的入口与第二氨气管路42相连通，其一个出口通过管路与变压吸附单元5的入口相连通，另一个出口经吸附解吸气管路41汇流至混合管路10。吸附工艺采取变压吸附或变温吸附，实现对产物气中的残留氨气有效去除，并将解吸过程中产生的气体通过吸附解吸气管路41收集到混合管路10中。变压吸附单元5的一个出口通过管路与氢气存储单元6相连通，另一个出口经变压吸附解吸气管路51汇流至混合管路10。经过第一道吸附工序的生成气再通入变压吸附单元5进行二次提纯吸附，以去除产物气中残留的杂气，最终得到氢气，提纯后的氢气通入氢气存储单元6。此外，该过程中产生的解吸气也被收集到混合管路10中。氢气存储单元6可以是一个容器或系统，用于储存提纯后的氢气，以备后续使用。
进一步，如图1所示，混合管路10的出口端与天然气进口管路7和空气进口管路8汇合后连通到氨分解反应器3。将氨气吸附单元4中的解吸气和变压吸附单元5的解吸气也作为催化燃烧的原料气体。解吸气体通常包含未被吸附的气体成分，可能包括氨气、天然气和空气等。将这些解吸气体作为催化燃烧的原料气体，可以通过管路将其引导至氨分解反应器3中进行燃烧，不仅实现对产生的废气进行资源回收和利用，还可以将能量的回收和利用，提高整体能源利用效率。
氨分解反应器3有内管和外管，内管装填燃烧催化剂，促进氨气的燃烧反应。内管与外管之间填氨分解催化剂。其中，燃烧催化剂是Pt/γ-Al2O3、Pd/γ-Al2O3、Cu/γ-Al2O3、CuCr2O4、Co/ZrO2中的任意一种。例如：Co/ZrO2在一些气相和部分液相反应中表现出良好的催化活性，且具有耐高温的特点。分解催化剂是Ru、Fe、Co、Ni、Ni-Fe等贵金属、非贵金属或者双金属催化剂的一种或多种。例如：双金属催化剂如Ni-Fe可以提供协同效应，进一步提高反应效率。吸附剂是活性炭、沸石、分子筛、氧化石墨烯、氧化铝、硅胶及多孔有机聚合物中的一种或多种。例如：活性炭是一种多孔的碳材料，具有较大的比表面积和出色的吸附能力，它广泛应用于气体和溶液中的吸附分离。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种小型氨分解制氢装置，其特征在于，包括：
氨气单元（1）、预热单元（2）和氨分解反应器（3）；
所述预热单元（2）用于将来自于氨气单元（1）的氨气进行预热操作，并将预热后的氨气送往氨分解反应器（3）；
所述氨分解反应器（3）为催化式燃烧氨分解反应器，其反应生成的产物气经第一氨气管路（31）进入预热单元（2）后并通过第二氨气管路（42）送往下游，其燃烧生成的燃烧气经燃烧气管路（32）进入预热单元（2）后并经尾气出口管路（9）排出。
2.根据权利要求1所述的小型氨分解制氢装置，其特征在于：
所述预热单元（2）内设置有第一介质管路（21）、第二介质管路（22）及第三介质管路（23）；
所述第一介质管路（21）的一端与所述氨气单元（1）的出口相连通，另一端与氨分解反应器（3）的一个入口相连通；
所述第二介质管路（22）的一端与第一氨气管路（31）相连通，另一端与第二氨气管路（42）相连通；
所述第三介质管路（23）的一端与燃烧气管路（32）相连通，另一端与尾气出口管路（9）相连通。
3.根据权利要求2所述的小型氨分解制氢装置，其特征在于：
所述第一介质管路（21）为螺旋管路；
所述第二介质管路（22）为直管，该管路贯穿所述预热单元（2）；
所述第三介质管路（23）为螺旋管路；所述第一介质管路（21）环绕所述第二介质管路（22），且所述第三介质管路（23）环绕所述第一介质管路（21），使所述第一介质管路（21）夹在所述第二介质管路（22）和所述第三介质管路（23）之间。
4.根据权利要求1所述的小型氨分解制氢装置，其特征在于，还包括：
氨气吸附单元（4）、变压吸附单元（5）和氢气存储单元（6）；
所述氨气吸附单元（4）的入口与第二氨气管路（42）相连通，其一个出口通过管路与变压吸附单元（5）的入口相连通，另一个出口经吸附解吸气管路（41）汇流至混合管路（10）；
所述变压吸附单元（5）的一个出口通过管路与氢气存储单元（6）相连通，另一个出口经变压吸附解吸气管路（51）汇流至混合管路（10）。
5.根据权利要求4所述的小型氨分解制氢装置，其特征在于，所述混合管路（10）的出口端与天然气进口管路（7）和空气进口管路（8）汇合后连通到所述氨分解反应器（3）。
6.根据权利要求4所述的小型氨分解制氢装置，其特征在于，所述氨气吸附单元（4）包括2个或以上吸附塔，所述吸附塔内设有吸附剂。
7.根据权利要求6所述的小型氨分解制氢装置，其特征在于，所述吸附剂是活性炭、沸石、分子筛、氧化石墨烯、氧化铝、硅胶及多孔有机聚合物中的一种。
8.根据权利要求1所述的小型氨分解制氢装置，其特征在于，所述氨气单元（1）为液氨单元。
9.根据权利要求1所述的小型氨分解制氢装置，其特征在于，所述氨分解反应器（3）中的燃烧催化剂是Pt/γ-Al2O3、Pd/γ-Al2O3、Cu/γ-Al2O3、CuCr2O4、Co/ZrO2中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的小型氨分解制氢装置，其特征在于，所述氨分解反应器（3）中的分解催化剂是Ru、Fe、Co、Ni、Ni-Fe贵金属、非贵金属或者双金属催化剂的一种。
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2023
- 2023-08-29 CN CN202322329538.4U patent/CN220460633U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117963838A (zh) * | 2024-04-02 | 2024-05-03 | 烟台哈尔滨工程大学研究院 | 利用船舶发动机废气余热的管式氨分解制氢反应器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |