[發明專利]一種自熱式氨分解反應器

在審

• 申請號: 202010919953.3
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN111957271A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 羅宇;江莉龍;陳崇啟;林立;蔡國輝
• 申請（專利權）人: 福州大學化肥催化劑國家工程研究中心
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;C01B3/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 馬永芬

本發明提供一種自熱式氨分解反應器，包括外套筒及設置在其內部的內套筒，內套筒內部填充有第一催化劑，內套筒與外套筒的間隙填充有第二催化劑，其中，第一催化劑與第二催化劑之一為氨分解催化劑，另一為催化燃燒催化劑。燃料氣在催化燃燒催化劑的作用下產生熱量，并將燃燒廢氣排出；氨氣在氨分解催化劑的作用下進行氨分解反應，反應過程所需的熱量來自于燃料氣的催化燃燒，即本裝置僅需填充催化燃燒催化劑而不需額外設置燃燒器等產熱裝置即可進行氨分解反應，從而有效簡化了裝置結構，并降低了設備成本；同時，設備的后期維護過程也僅需更換催化燃燒催化劑，降低了設備維護的難度和工作量。

技術領域

本發明涉及氨分解制氫技術領域，具體涉及一種自熱式氨分解反應器。

背景技術

氨分解制氫是一種化學反應，是指液氨加熱至800～850℃，在鎳基催化劑作用下，將氨進行分解，可以得到含75％H₂、25％N₂的氫氮混合氣體。原料氨容易得到，價格低廉，原料消耗較少。因此通過氨催化分解制氫為燃料電池供氫是一條高效、可靠的途徑。

中國專利CN110203882A公開了一種氨分解裝置，其包括殼體、反應段及換熱盤管，殼體包括依次連通的加熱區和換熱區；反應段包括依次連通設置的第一反應段和第二反應段，第一反應段設置于加熱區內，第二反應段設置于換熱區內；換熱盤管依次螺旋纏繞于第二反應段和第一反應段的外壁上。其中，在加熱區內且位于殼體內壁與第一反應段之間還設置有燃燒器，來自燃料罐的燃料進入燃燒器內燃燒，其生成的熱用以維持第一反應段內的反應溫度，同時燃燒產生的尾氣進入換熱區，用于對未進入第一反應段進行反應的氨氣進行預熱；并維持進入第二反應段的反應溫度。然而，燃燒器的設置增大了氨分解裝置的結構復雜程度，且明火燃燒不僅不利于溫度控制，也限制了裝置的應用場合，設備運行成本及后期設備維護的難度也隨之增大。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有氨分解裝置的結構復雜且設備運行成本較高的缺陷，從而提供一種自熱式氨分解反應器。

本發明提供一種自熱式氨分解反應器，包括：

外套筒，包括分設于其兩端的第一進氣口和第一出氣口；

內套筒，設置于所述外套筒內部，所述內套筒包括分設于其兩端且延伸至所述外套筒外側的第二進氣口和第二出氣口，所述內套筒內部填充有第一催化劑，所述內套筒與外套筒的間隙填充有第二催化劑，其中，所述第一催化劑與第二催化劑之一為氨分解催化劑，另一為催化燃燒催化劑；

所述第一進氣口或第二進氣口適于連通燃料氣，所述燃料氣適于與催化燃燒催化劑發生放熱反應。

進一步地，所述催化燃燒催化劑為氫催化燃燒催化劑或氨催化燃燒催化劑，所述氫催化燃燒催化劑為MgAl₂O₄、Mn-Co-Cu-Fe-Ni/γ-Al₂O₃/堇青石、Pt/γ-Al₂O₃/堇青石、Pt/Ce_xZr_1-xO₂/γ-Al₂O₃中的至少一種，所述氨催化燃燒催化劑為Fe₂O₃、V₂O₅、Cr₂O₃、MoO_x、WO_x中的至少一種；

所述氨分解催化劑為釕基氨分解催化劑、鐵基氨分解催化劑或鎳基氨分解催化劑。

進一步地，所述自熱式氨分解反應器還包括，

保溫材料，設置于所述外套筒外壁；

熱電偶，貫穿所述外套筒外壁。