一种氨分解装置及系统和制氢方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110203882A(43)申请公布日2019.09.06(21)申请号201910538522.X(22)申请日2019.06.20(71)申请人福州大学化肥催化剂国家工程研究中心地址350002福建省福州市工业路523号(72)发明人江莉龙罗宇陈崇启林性贻林建新(74)专利代理机构北京三聚阳光知识产权代理有限公司11250代理人李亚南(51)Int.Cl.C01B3/04(2006.01)C01B3/50(2006.01)C01B3/56(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图4页(54)发明名称一种氨分解装置及系统和制氢方法(57)摘要本发明属于制氢技术领域，具体涉及一种氨分解装置及系统和制氢方法。本发明提供的氨分解装置，包括壳体，加热区、换热区、反应段、换热盘管，通过将换热盘管螺旋缠绕在反应段外壁，可以对氨气进行充分加热，提高了氨气的加热效率；通过在反应段设置依次连通的第一反应段和第二反应段，可以保证氨气在进入第一反应段后就被分解产生氮氢混合物，提高了氨气的分解效率，第二反应段可以对第一反应段产生的氮氢混合物中残留的氨气进行二次分解，降低了第二反应段氮氢混合物中氨气的残留量，使氨气分解的更加彻底；该装置可以使氨气的转化率达到99.9％以上，氮氢混合物中氨气的残留量小于1000ppm。CN110203882ACN110203882A权利要求书1/2页1.一种氨分解装置，包括壳体，其特征在于，所述壳体包括依次连通的加热区和换热区；反应段，包括依次连通设置的第一反应段和第二反应段，所述第一反应段设置于所述加热区内且其内填充镍基催化剂以形成镍基催化剂层，所述第二反应段设置于所述换热区内且其内填充钌基催化剂以形成钌基催化剂层；换热盘管，依次螺旋缠绕于所述第二反应段和第一反应段的外壁上，所述换热盘管的氨气进口靠近所述第二反应段的氢氮混合气出口端设置，所述换热盘管的氨气出口与所述第一反应段的氨气进口段连通，以将预热后的氨气依次送入所述第一反应段和第二反应段内并进行反应。2.根据权利要求1所述的氨分解装置，其特征在于，所述镍基催化剂层与所述钌基催化剂层的厚度比为(1-3):1。3.根据权利要求1或2所述的氨分解装置，其特征在于，所述反应段的高径比为(5-10)：1。4.根据权利要求1或2所述的氨分解装置，其特征在于，还包括，燃烧器，设置于所述加热区内且位于所述壳体内壁与所述第一反应段之间，以维持所述第一反应段内的反应温度；分割板，设置于所述壳体内，并将所述壳体分割为加热区和换热区，所述分割板上开设若干尾气通孔，以使所述燃烧器内的尾气通过所述尾气通孔进入所述换热区内作为换热介质。5.根据权利要求1或2所述的氨分解装置，其特征在于，所述反应段至少为两个，彼此并排设置于所述壳体内；所述反应段的内径与镍基催化剂或钌基催化剂的颗粒粒径比为(8-50)：1。6.根据权利要求4所述的氨分解装置，其特征在于，所述反应段为固定床反应器；所述燃烧器为多孔介质燃烧器或催化燃烧器。7.一种氨分解系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述氨分解装置，还包括，第一换热装置，分别与所述换热盘管的氨气进口端及所述第二反应段的氢氮混合气出口端连接，以使在所述第一换热装置内与氢氮混合气进行间接换热后的氨气进入所述第一反应段；第二换热装置，分别与所述换热区及所述加热区连接，以使在所述第二换热装置内与来自所述换热区内的尾气进行间接换热后的燃料气进入所述加热区燃烧。8.根据权利要求7所述的氨分解系统，其特征在于，还包括，气体分离装置，与所述第一换热装置连接，以将换热后的氢氮混合气送入所述气体分离装置内并分离得到高纯氢；所述气体分离装置包括双向连通设置的变压吸附装置和膜分离装置，所述变压吸附装置与所述第一换热装置连接，以将换热后的氢氮混合气送入所述变压吸附装置内并分离得到高纯氢；所述变压吸附装置和膜分离装置双向连通，以将所述变压吸附装置内未分离的氮氢混合物经所述膜分离装置后循环送入所述变压吸附装置内并分离得到高纯氢；或，氨脱除装置，与所述第一换热装置连接，以将换热后的氢氮混合气送入所述氨脱除装置内脱除氢氮混合气中的残留氨；所述氨脱除装置与氢燃料电池连通，以将脱除残留氨后2CN110203882A权利要求书2/2页的氢氮混合气送入氢燃料电池内；所述氢燃料电池的尾气出口与所述第二换热装置连接，以将所述氢燃料电池排出的含氢尾气与燃料气混合并经换热后送入所述加热区内燃烧；氨储罐，与所述第一换热装置连接；燃料罐，与所述第二换热装置连接。9.根据权利要求7或8所述的氨分解系统，其特征在于，所述第一换热装置为换热器或蒸发器；所述第二换热装置为换热器或蒸发器。10.一种采用权利要求1-6中任一项所述的氨分解