一种改良的氨裂解制氢装置及工艺的制作方法

本发明涉及一种化工装置及工艺，尤其是一种氨裂解制氢装置及工艺，具体的说是一种改良的氨裂解制氢装置及工艺。

背景技术：

1、随着氢能利用的不断发展，制氢工艺也愈发受到重视。氨作为一种储氢介质，具有能量密度高、液化储运成本低、无碳储能和安全性高等显著优势，并能够通过裂解而获取高纯氢气。因此，氨裂解制氢工艺愈发受到关注。

2、氨裂解制氢是一种可逆吸热的化学反应，可使氨在催化剂作用下发生裂解，生成高纯氢气和氮气的混合气。若完全分解可得到体积分数为75％高纯氢气和25％氮气混合气。由于该反应为弱吸热且体积增大，因此，高温及低压条件有利于反应的进行。

3、目前，常规的氨催化裂解制高纯氢工艺大多采用氨催化裂解和psa提纯的组合装置，即，通过氨催化裂解反应器将氨分解为高纯氢气和氮气的混合气，再利用psa（变压吸附技术）及其相关装置，将混合气中的高纯氢气分离出来。由于psa技术是利用吸附剂对不同气体的选择性吸附能力不同的特性，通过周期性变化进行吸附和解吸，因此，通常需要使用两塔并联机组，交替进行加压吸附和解压再生，以便达到连续生产的目的。由此，导致该类生产工艺的反应效率较低，产出高纯氢气纯度不高，且能耗较高，而且，还需要较大的占地面积，造成成本增大，难以满足市场的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种改良的氨裂解制氢装置及工艺，可实现氨气裂解的同时对高纯氢气进行纯化和分离，简化工艺流程，提高了反应效率。同时，还可对裂解反应过程产生的热量和尾气进行回收利用，极大的降低了能耗。

2、本发明的技术方案是：

3、一种改良的氨裂解制氢装置，包括钯膜氨裂解反应器，该钯膜氨裂解反应器包括外壳和内壳；该外壳上设有热空气进口和热空气出口；该内壳上设有进料口、出料口和尾气口；所述热空气进口与热风炉的出口相连通；所述热空气出口依序经过二级换热器和液氨汽化器后连接排放管；所述进料口依序经过所述二级换热器、一级换热器和液氨汽化器后与液氨罐相连通；所述出料口依序经过所述一级换热器和水冷器后与氢气罐相连通；所述尾气口与所述热风炉的进口相连通。

4、进一步的，所述内壳悬空的设置于所述外壳之内；该内壳中设有催化剂和钯膜管；该钯膜管为多根，均匀的设置于所述催化剂之中，能够将氨气裂解所形成的高纯氢气分离后导向所述出料口，并将尾气导向所述尾气口。

5、进一步的，所述热风炉的进口处设有燃烧器，并与燃料罐相连通。

6、进一步的，所述液氨罐与所述液氨汽化器之间的管路上设有液氨泵。

7、一种改良的氨裂解制氢工艺，该工艺包括以下流程：

8、燃料气经热风炉燃烧产生热空气；该热空气与所述钯膜氨裂解反应器换热；换热后的热空气与原料氨气再次换热后进行排放；

9、换热后的原料氨气输入所述钯膜氨裂解反应器内进行裂解反应，并分离出高纯氢气和尾气；

10、所述高纯氢气从所述钯膜氨裂解反应器输出后，先与原料氨气换热而进行冷却，然后被收集至所述氢气罐；

11、所述尾气从所述钯膜氨裂解反应器输出后，回输至热风炉燃烧。

12、进一步的，所述原料氨气由液氨汽化而成，并与热空气进行两次换热。

13、进一步的，所述高纯氢气进行收集之前经过水冷器再次冷却。

14、本发明的有益效果：

15、本发明设计合理，结构简单，方便实用，可以通过钯膜氨裂解反应器对氨气进行裂解反应制取高纯氢气的同时，对高纯氢气进行提纯和分离，有效简化了工艺流程和设备结构，提高了生产效率，并可减小占地面积，降低生产成本。而且，还可对裂解反应所产生的热量和尾气充分回收，并再次投入生产，极大的降低了能耗，为节能环保做出贡献。

技术特征：

1.一种改良的氨裂解制氢装置，包括钯膜氨裂解反应器，其特征是，该钯膜氨裂解反应器包括外壳和内壳；该外壳上设有热空气进口和热空气出口；该内壳上设有进料口、出料口和尾气口；所述热空气进口与热风炉的出口相连通；所述热空气出口依序经过二级换热器和液氨汽化器后连接排放管；所述进料口依序经过所述二级换热器、一级换热器和液氨汽化器后与液氨罐相连通；所述出料口依序经过所述一级换热器和水冷器后与氢气罐相连通；所述尾气口与所述热风炉的进口相连通。

2.根据权利要求1所述的改良的氨裂解制氢装置，其特征是，所述内壳悬空的设置于所述外壳之内；该内壳中设有催化剂和钯膜管；该钯膜管为多根，均匀的设置于所述催化剂之中，能够将氨气裂解所形成的高纯氢气分离后导向所述出料口，并将尾气导向所述尾气口。

3.根据权利要求1所述的改良的氨裂解制氢装置，其特征是，所述热风炉的进口处设有燃烧器，并与燃料罐相连通。

4.根据权利要求1所述的改良的氨裂解制氢装置，其特征是，所述液氨罐与所述液氨汽化器之间的管路上设有液氨泵。

5.一种改良的氨裂解制氢工艺，其特征是，该工艺应用于所述权利要求1-4所述的氨裂解制氢装置，包括以下流程：

6.根据权利要求5所述的改良的氨裂解制氢工艺，其特征是，所述原料氨气由液氨汽化而成，并与热空气进行两次换热。

7.根据权利要求5所述的改良的氨裂解制氢工艺，其特征是，所述高纯氢气进行收集之前经过水冷器再次冷却。

技术总结本发明涉及一种改良的氨裂解制氢装置及工艺，包括钯膜氨裂解反应器，该钯膜氨裂解反应器设有热空气进口、热空气出口、进料口、出料口和尾气口；所述热空气进口与热风炉的出口相连通；所述热空气出口依序连接二级换热器和液氨汽化器后连接排放管；所述进料口依序经过所述二级换热器、一级换热器和液氨汽化器后与液氨罐相连通；所述出料口依序经过所述一级换热器和水冷器后与氢气罐相连通；所述尾气口与所述热风炉的进口相连通。本发明可对氨气进行裂解反应制取高纯氢气的同时，对高纯氢气进行提纯和分离，有效简化了工艺流程和设备结构，提高了生产效率，降低生产成本。而且，还可对裂解反应所产生的热量及尾气充分回收利用，极大的降低了能耗。技术研发人员：袁慕康,张栋玮,沈珑,朱赛,李召华受保护的技术使用者：凯普索绿色能源科技（南京）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2