[发明专利]一种氨分解制氢与板式膜反应器集成用于制备高纯氢的装置

说明书

本发明公开了一种氨分解制氢与板式膜反应器集成用于制备高纯氢的装置，包括制氢反应器1和膜反应/纯化器2，制氢反应器1内装填有氨分解催化剂3，其侧壁上设有与其内部反应室连通的原料气进口11和尾气出口12，膜反应/纯化器2包括透氢膜21和纯化室22，纯化室22的侧壁上设有氢气出口221，制氢反应器1的反应室与纯化室22之间通过透氢膜21隔开。其中，透氢膜为非贵金属材料，具有只允许氢传输特性，分离纯化的氢为高纯氢。本发明可用于多种模式下高纯氢的制备，该装置具有结构紧凑，适用范围广，制氢转化率高，同时可在简单工序和低成本条件下高效率连续制备高纯氢，在未来高纯氢制备领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及高纯氢制备技术领域，具体涉及一种氨分解制氢与板式膜反应器集成用于制备高纯氢的装置。

背景技术

氢气是新能源领域未来最有前途的选择之一，被认为是一种绿色能源载体。氢在能量密度、可运输性、长期储存、多功能性和转换为其他形式能源的灵活性之间取得了良好的平衡。此外，全球变暖的环境问题直接推动了以环保方式生产氢气的无碳方法的研究。因此，相对于碳氢化物(如甲烷和甲醇)制氢，氨分解制氢不会产生碳氧化物，是一种很有前途的制氢方式。

用于制氢的氨分解过程通常由方程式描述为：

氨分解制备的氢通常为含氮和氨的混合气，因此需要通过分离纯化技术制备高纯氢以满足工业领域中氢的应用。目前，一般采用高温催化氨分解后再通过变压吸附的方式制备高纯氢。然而，该方式存在耗能高，氨转化率低，设备规模大且复杂，制氢纯度低等缺点，无法满足未来分布式制氢特点和高纯氢快速增长需求。其中，膜分离纯化技术作为一种简单，高效和低成本的方法与制氢相结合，是实现制备高纯氢的一种有效途径。然而，透氢膜材料通常为Pd基多孔载体复合膜，其制备工艺复杂，选择性低且材料价格昂贵，导致制氢成本显著增加。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明通过改进膜反应器结构以及钒合金薄壁管代替传统钯管，提供一种氨分解制氢与板式膜反应器集成用于制备高纯氢的装置，该装置制氢能耗低，氨转化率高，制氢纯度高，同时装置规模小，可满足未来分布式制氢需求。

本发明采用如下技术方案：

一种氨分解制氢与板式膜反应器集成用于制备高纯氢的装置，包括用于氨分解制氢的制氢反应器和分离氢的膜反应/纯化器，所述制氢反应器内装填有氨分解催化剂，其侧壁上设有与其内部反应室连通的原料气进口和尾气出口，所述膜反应/纯化器包括透氢膜和纯化室，所述纯化室的侧壁上设有氢气出口，所述制氢反应器的反应室与所述纯化室之间通过所述透氢膜隔开。

所述的制氢反应器和膜反应/纯化器为一体式反应器，所述膜反应/纯化器置于所述制氢反应器中。

所述透氢膜为平板状复合膜，包括基体层和设置在所述基体层两侧的氢解离/解吸催化层。

所述基体层材料为V或V合金中的一种。

优选地，所述V合金为V-Fe合金、V-Ni合金、V-Al合金中的一种。

所述氢解离/解吸催化层材料为Pd合金、金属碳化物、金属氮化物、金属氧化物、非晶合金中的一种。

优选地，所述氢解离/解吸催化层材料为Pd合金。

所述透氢膜制备方式为轧制、剥离、熔体旋淬中的一种。

优选地，所述透氢膜制备方式为轧制。

所述基体层的厚度为0.005mm-2mm，所述氢解离/解吸催化层的厚度为5×10^-6mm-5×10^-4mm。

优选地，所述基体层的厚度为0.02mm-0.3mm，所述氢解离/解吸催化层的厚度为3×10^-5mm-1×10^-4mm。