[发明专利]一种液氨裂解发电系统及方法

说明书

本发明公开一种液氨裂解发电系统，该系统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，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。液氨经预热后进入分解炉被催化分解，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。反应所得的一部分氢气经催化氧化放热，为氨裂解反应供热，剩余部分通入燃料电池发电。本系统以氨为原料进行发电，通过透氢膜与裂解反应的耦合，实现了更高的裂解转化效率；通过装置内壁涂覆催化剂的方法，提升了换热效率，减小了系统的体积，简化了工艺过程。

技术领域

本发明涉及一种液氨裂解发电系统及方法，属于制氢与储氢领域。

背景技术

液氨的含氢量高，易于运输，成本极低，是一种优良的储氢载体。但液氨裂解反应温度高，吸热量大，一般需要在氨分解炉中加热至800～850℃，在镍基催化剂作用下，将氨进行分解，工艺要求较高。而且为了提供热量，反应过程中需要单独提供燃料，以将燃料燃烧后产生的热量用来提供氨分解所需的热量，进而导致系统复杂，成本高。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提出一种液氨裂解发电系统及方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种液氨裂解发电系统，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。

优选的，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。

优选的，该系统还包括换热装置，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。

优选的，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。

优选的，所述氨气分解催化剂为钌基催化剂，催化温度不高于600℃。

优选的，所述透氢膜的材料为钯合金或镍合金，能够在600℃以下工作。

优选的，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。

优选的，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。