【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及氨分解制氫設備，具體涉及一種分段階梯式氨分解反應器及系統。
技術介紹
1、隨著全球對環境保護和可持續發展的日益重視，減少化石能源依賴、發展清潔能源技術已成為各國研究的熱點。內燃機作為廣泛應用的動力設備，在提供動力的同時，也產生了大量的余熱資源。這些余熱資源若能得到有效利用，不僅能提高能源利用效率，降低能耗，還能減少環境污染，符合節能減排的綠色發展理念。
2、內燃機余熱資源的利用方式多種多樣，但如何高效、安全、經濟地利用這些資源，特別是在內燃機運行過程中實現余熱的梯級利用，仍然是一個具有挑戰性的課題。傳統的內燃機余熱回收方式，如熱交換器、廢氣渦輪增壓等，雖然在一定程度上實現了余熱的回收，但回收效率較低，且對于高溫余熱的利用尤為不足。氨分解制氫技術作為一種清潔、高效的氫氣制備方式，已逐漸受到關注。通過催化劑的作用，氨氣在高溫條件下可以分解為氫氣和氮氣，其中氫氣是一種清潔、高效的能源，而氮氣則可作為副產品回收利用。將氨分解制氫技術與內燃機余熱梯級利用相結合，不僅可以實現內燃機余熱的高效利用，還能為氫能源的開發和應用提供新的途徑。
3、然而，現有的氨分解制氫反應器在內燃機余熱利用方面存在不足。基于目前內燃機尾氣及熱水余熱利用反應器的換熱存在熱源利用單一，單體反應器較為笨重，作為將來新能源領域的又一重要用途，內燃機余熱利用裝置存在著集成化、高效化及輕量化的改進需求。
技術實現思路
1、針對現有技術中內燃機尾氣和熱水余熱利用反應器，換熱過程中熱源利用單一，
2、本專利技術解決其技術問題所采取的技術方案是：一種分段階梯式氨分解反應器，包括殼體、加熱管路和氨分解管路，所述加熱管路和所述氨分解管路均位于所述殼體內部；
3、殼體包括第一換熱部分和第二換熱部分，第一換熱部分和第二換熱部分彼此分隔且接觸設置；第一換熱部分中流通有第一換熱介質，第二換熱部分中流通有第二換熱介質，第一換熱介質和所述第二換熱介質互不相同；加熱管路為彎曲結構，加熱管道位于第一換熱部分內部，加熱管路的一端延伸進入第二換熱部分中并且與氨分解管路連通，加熱管路的另一端延伸出殼體，第一換熱介質在第一換熱部分中的流動方向與加熱管路中流體的流動方向相反；氨分解管路為彎曲結構，氨分解管路位于第二換熱部內部，氨分解管路的一端與加熱管路連通，氨分解管路的另一端延伸出殼體，第二換熱介質在第二換熱部分中的流動方向與氨分解管路中流體的流動方向相反。
4、進一步的，殼體內部設置有分隔板，第一換熱部分和第二換熱部分之間通過分隔板分隔，第一換熱部分上設置有第一熱介質進口和第一熱介質出口，第一熱介質進口和第一熱介質出口分別設置在殼體相對的兩個側面上；第二換熱部分上設置有第二熱介質進口和第二熱介質出口，第二熱介質進口和第二熱介質出口設置在殼體的同一側面上。
5、進一步的，第一換熱介質為高溫液態水或者高溫氣體，第二換熱介質為高溫氣體或者高溫液態水。
6、進一步的，加熱管路由長度相等且均為彎曲結構的第一加熱管、第二加熱管和第三加熱管依次連通組成，加熱管路的一端為加熱進口，加熱管路的另一端為加熱出口，彎曲結構的第一加熱管的任意相鄰兩部分之間存在間隙，彎曲結構的第二加熱管的任意相鄰兩部分之間存在間隙，彎折設置的第三加熱管的任意相鄰兩部分之間存在間隙，第一加熱管、第二加熱管和第三加熱管各自之間的間隙彼此對齊設置；加熱進口靠近第一熱介質出口設置，加熱出口靠近第一熱介質進口設置。
7、進一步的，殼體內部垂直設置有第一垂直隔板、第二垂直隔板、第三垂直隔板、第四垂直隔板和第五垂直隔板，第一垂直隔板、第二垂直隔板、第三垂直隔板、第四垂直隔板和第五垂直隔板依次設置在對齊設置的第一加熱管、第二加熱管和第三加熱管各相鄰部分之間的間隙中；第一換熱部分中水平設置有第一水平隔板和第二水平隔板，第一水平隔板設置在第一加熱管和第二加熱管之間，第二水平隔板設置在第二加熱管和第三加熱管之間。
8、進一步的，氨分解管路的一端為氨氣進口，氨氣進口與加熱管路連通，氨分解管路的另一端為分解氣出口，分解氣出口延伸出殼體設置；氨分解管路由均為彎曲結構的且彼此連通的第一分解管路和第二分解管路組成；第一分解管路的各部分之間存在間隙，第二分解管路的各部分之間存在間隙，第一分解管路的各部分之間的間隙與第二分解管路的各部分之間的間隙彼此對應設置。
9、進一步的，第二換熱部分中設置有第三水平隔板，第三水平隔板設置在第一分解管路和第二分解管路之間；氨分解管路中填充有氨分解催化劑。
10、進一步的，加熱管路的截面面積和氨分解管路的截面面積與其中流動的流體的流量大小成正比；第一垂直隔板、第二垂直隔板、第三垂直隔板、第四垂直隔板、第五垂直隔板以及第三水平隔板相互之間的距離與第二加熱部分中的第二換熱介質的壓力成正比。
11、進一步的，加熱管路的截面形狀為圓形，氨分解管路的截面形狀為四邊形。
12、一種包括分段階梯式氨分解反應器的氨分解反應系統，還包括
13、氨氣供應裝置，氨氣供應裝置與加熱管路的加熱進口連通，氨氣供應裝置用于向加熱管路中引入液氨或者氨氣；
14、第一換熱介質供應裝置，第一換熱介質供應裝置與第一熱介質進口連通，第一換熱介質供應裝置用于向第一換熱部分中引入第一換熱介質；
15、第二換熱介質供應裝置，第二換熱介質供應裝置與第二熱介質進口連通，第二換熱介質供應裝置用于向第二換熱部分中引入第二換熱介質；
16、純化裝置，純化裝置與分解氣出口連通，純化裝置用于進一步去除分解氣出口中排出混合氣體中的氨氣；
17、應用裝置，應用裝置與純化裝置相連，應用裝置用于經過純化后的氫氣和氮氣的混合氣體的應用。
18、本專利技術所述的一種分段階梯式氨分解反應器，通過將不同的換熱介質分別導入分隔設置的第一換熱部分和第二換熱部分，并且在第一換熱部分和第二換熱部分內分別設置彎曲形狀加熱管路和氨分解管路，能夠更加增加換熱介質與換熱介質之間，以及換熱介質與氨氣或者液氨之間的換熱溫差，從而提高反應器內部的換熱效果；并且在加熱管路和氨分解管路各自的間隙中，沿著水平方向和垂直方向對應設置隔板，能夠增加不同換熱介質在對應的換熱部分中的流動速度和換熱面積，最大程度上的增加熱量在液氨或者氨氣中的傳遞，使得液氨或者氨氣在流動過程中能夠充分受熱，提高了換熱介質中熱量的有效利用率，從而充分利用例如內燃機尾氣和熱水的熱量對氨氣進行加熱分解，減少了氨分解過程中對氨分解催化劑的需求。
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1.一種分段階梯式氨分解反應器，包括殼體、加熱管路和氨分解管路，所述加熱管路和所述氨分解管路均位于所述殼體內部；其特征在于：
2.根據權利要求1所述的一種分段階梯式氨分解反應器，其特征在于：所述殼體內部設置有分隔板，所述第一換熱部分和所述第二換熱部分之間通過所述分隔板分隔，所述第一換熱部分上設置有第一熱介質進口和第一熱介質出口，所述第一熱介質進口和所述第一熱介質出口分別設置在所述殼體相對的兩個側面上；所述第二換熱部分上設置有第二熱介質進口和第二熱介質出口，所述第二熱介質進口和所述第二熱介質出口設置在所述殼體的同一側面上。
3.根據權利要求1所述的一種分段階梯式氨分解反應器，其特征在于：所述第一換熱介質為高溫液態水或者高溫氣體，所述第二換熱介質為高溫氣體或者高溫液態水。
4.根據權利要求2所述的一種分段階梯式氨分解反應器，其特征在于：所述加熱管路由長度相等且均為彎曲結構的第一加熱管、第二加熱管和第三加熱管依次連通組成，所述加熱管路的一端為加熱進口，所述加熱管路的另一端為加熱出口，彎曲結構的所述第一加熱管的任意相鄰兩部分之間存在間隙，彎曲結構的所述
5.根據權利要求4所述的一種分段階梯式氨分解反應器，其特征在于：所述殼體內部垂直設置有第一垂直隔板、第二垂直隔板、第三垂直隔板、第四垂直隔板和第五垂直隔板，所述第一垂直隔板、所述第二垂直隔板、所述第三垂直隔板、所述第四垂直隔板和所述第五垂直隔板依次設置在對齊設置的所述第一加熱管、所述第二加熱管和所述第三加熱管各相鄰部分之間的間隙中；
6.根據權利要求2所述的一種分段階梯式氨分解反應器，其特征在于：所述氨分解管路的一端為氨氣進口，所述氨氣進口與所述加熱管路連通，所述氨分解管路的另一端為分解氣出口，所述分解氣出口延伸出所述殼體設置；所述氨分解管路由均為彎曲結構的且彼此連通的第一分解管路和第二分解管路組成；所述第一分解管路的各部分之間存在間隙，所述第二分解管路的各部分之間存在間隙，所述第一分解管路的各部分之間的間隙與所述第二分解管路的各部分之間的間隙彼此對應設置。
7.根據權利要求6所述的一種分段階梯式氨分解反應器，其特征在于：所述第二換熱部分中設置有第三水平隔板，所述第三水平隔板設置在所述第一分解管路和所述第二分解管路之間；所述氨分解管路中填充有氨分解催化劑。
8.根據權利要求7所述的一種分段階梯式氨分解反應器，其特征在于：所述加熱管路的截面面積和所述氨分解管路的截面面積與其中流動的流體的流量大小成正比；所述第一垂直隔板、所述第二垂直隔板、所述第三垂直隔板、所述第四垂直隔板、所述第五垂直隔板以及所述第三水平隔板相互之間的距離與所述第二加熱部分中的第二換熱介質的壓力成正比。
9.根據權利要求1所述的一種分段階梯式氨分解反應器，其特征在于：所述加熱管路的截面形狀為圓形，所述氨分解管路的截面形狀為四邊形。
10.一種包括權利要求1～9中任意一項所述的一種分段階梯式氨分解反應器的氨分解反應系統，其特征在于：還包括
...【技術特征摘要】
1.一種分段階梯式氨分解反應器，包括殼體、加熱管路和氨分解管路，所述加熱管路和所述氨分解管路均位于所述殼體內部；其特征在于：
2.根據權利要求1所述的一種分段階梯式氨分解反應器，其特征在于：所述殼體內部設置有分隔板，所述第一換熱部分和所述第二換熱部分之間通過所述分隔板分隔，所述第一換熱部分上設置有第一熱介質進口和第一熱介質出口，所述第一熱介質進口和所述第一熱介質出口分別設置在所述殼體相對的兩個側面上；所述第二換熱部分上設置有第二熱介質進口和第二熱介質出口，所述第二熱介質進口和所述第二熱介質出口設置在所述殼體的同一側面上。
3.根據權利要求1所述的一種分段階梯式氨分解反應器，其特征在于：所述第一換熱介質為高溫液態水或者高溫氣體，所述第二換熱介質為高溫氣體或者高溫液態水。
4.根據權利要求2所述的一種分段階梯式氨分解反應器，其特征在于：所述加熱管路由長度相等且均為彎曲結構的第一加熱管、第二加熱管和第三加熱管依次連通組成，所述加熱管路的一端為加熱進口，所述加熱管路的另一端為加熱出口，彎曲結構的所述第一加熱管的任意相鄰兩部分之間存在間隙，彎曲結構的所述第二加熱管的任意相鄰兩部分之間存在間隙，彎折設置的所述第三加熱管的任意相鄰兩部分之間存在間隙，所述第一加熱管、所述第二加熱管和所述第三加熱管各自之間的間隙彼此對齊設置；所述加熱進口靠近所述第一熱介質出口設置，所述加熱出口靠近所述第一熱介質進口設置。
5.根據權利要求4所述的一種分段階梯式氨分解反應器，其特征在于：所述殼體內部垂直設置有第一垂直隔板、第二垂直隔板、第三垂直隔板、第四垂直隔板和第五垂直隔板，所述第一垂...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳明敏，王大彪，陳崇啟，林立，羅宇，張卿，江莉龍，
申請(專利權)人：福大紫金氫能科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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