[发明专利]一种液氨裂解发电系统及方法

权利要求书

1.一种液氨裂解发电系统，其特征在于：包括氨气分解炉和分离器，所述氨气分解炉包括外层、内胆与缓冲罐，外层为燃烧室，内胆置于外层的内侧，缓冲罐设置在内胆的上方，且内胆与缓冲罐间由透氢膜相隔；氨气分解炉外层分别与内胆、缓冲罐之间互不连通；在内胆中填充有氨气分解催化剂；

液氨输送管路与氨气分解炉的内胆原料入口相连，缓冲罐气体出口与分离器入口相连，经分离器分为两部分气体，其中一部分气体经第一分离器出口排出，第一分离器出口通过第一气体输送管路与燃料电池阳极相连；另一部分气体经第二分离器出口排出，第二分离器出口通过第二气体输送管路与氨气分解炉外层气体入口相连。

2.根据权利要求1所述的一种液氨裂解发电系统，其特征在于：所述氨气分解炉的外层设置为螺旋形气流通道，在螺旋形气流通道的内壁涂覆氢气催化燃烧催化剂。

3.根据权利要求1所述的一种液氨裂解发电系统，其特征在于：还包括换热装置，换热装置包括第一换热器、第二换热器、第三换热器和冷凝器，第一换热器、第二换热器、第三换热器和冷凝器各自设有冷、热流体出入口；

第一换热器的冷流体入口与液氨输送管路相连，第一换热器的冷流体出口与第二换热器的冷流体入口相连，第二换热器的冷流体出口与第三换热器的冷流体入口相连，第三换热器的冷流体出口与氨气分解炉的内胆原料入口相连；

氨气分解炉内胆气体出口通过第三气体输送管路与第二换热器的热流体入口相连，第二换热器的热流体出口与氨气捕集器的气体入口相连，氨气捕集器的气体出口排空；

缓冲罐气体出口与第一换热器的热流体入口相连，第一换热器的热流体出口与分离器入口相连；

氨气分解炉外层气体出口与第三换热器的热流体入口相连，第三换热器的热流体出口与冷凝器的热流体入口相连，冷凝器的冷流体入口通过空气输送管路与鼓风机相连，冷凝器的冷流体出口与混合器的第一入口相连；

混合器的第二入口与第二气体输送管路相连，混合器的出口与氨气分解炉外层气体入口相连。

4.根据权利要求1所述的一种液氨裂解发电系统，其特征在于：在第三换热器的热流体腔内壁也涂覆有氢气催化燃烧催化剂。

5.根据权利要求1所述的一种液氨裂解发电系统，其特征在于：所述氨气分解催化剂为钌基催化剂，催化温度不高于600℃。

6.根据权利要求1所述的一种液氨裂解发电系统，其特征在于：所述透氢膜的材料为钯合金或镍合金，能够在600℃以下工作。

7.根据权利要求1所述的一种液氨裂解发电系统，其特征在于：所述氨气分解炉内胆中的氢气分压高于缓冲罐中的氢气分压。

8.根据权利要求1所述的一种液氨裂解发电系统，其特征在于：所述氨气捕集器内填有氨气吸附剂，所述氨气吸附剂选用活性炭或分子筛。

9.一种液氨裂解发电方法，采用如权利要求1-8中任一权利要求所述的系统，其特征在于包括以下步骤：

(1)液氨原料经液氨输送管路输送，并依次经第一换热器、第二换热器和第三换热器升温汽化，汽化后的氨气输送至氨气分解炉内胆；

(2)在氨气分解炉的内胆中，氨气进行裂解反应，分解为氮气和氢气，所得氢气经透氢膜进入缓冲罐，在实现氢气净化分离的同时，促进了氨裂解反应平衡正移，其余杂质气体留存在氨气分解炉内胆中；

(3)缓冲罐中的纯氢首先进入第一换热器为液氨预热，然后进入分离器中，并被分为两部分，一部分纯氢经第一分离器出口和第一气体输送管路输送至燃料电池阳极反应发电，另一部分纯氢经第二分离器出口和第二气体输送管路输送至混合器，在混合器中与经冷凝器预热的空气混合后通入氨气分解炉外层，并进一步通入第三换热器；在流动过程中，纯氢发生催化氧化反应，为氨气裂解反应以及液氨原料预热持续提供热量；

(4)氨气分解炉内胆中的杂质气体主要成分为氮气，并含有微量的氨气，杂质气体通入第二换热器放热后，进入氨气捕集器，其中的氨气被捕集后，剩余气体达到排放标准，直接排空。

10.根据权利要求9所述的一种液氨裂解发电方法，其特征在于，还包括系统预热步骤：先使用鼓风机将少量纯氢和空气通入氨气分解炉外层，氨气分解炉外层与第三换热器的内壁涂覆有氢气催化燃烧催化剂，纯氢与氧气在壁面附近发生催化氧化反应，反应所得热量为氨气分解炉以及第三换热器预热。