一种氨分解制氢微反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种氨分解制氢微反应器及其控制方法，本发明专利技术涉及氢能相关领域，包括保温壳体、双路微反应机构、气体分离器、气体混合器、分流阀和金属氢化物固态储氢器，所述保温壳体中间设有双路微反应机构，一号微反应机构用于氢气催化燃烧，二号微反应机构用于氨气分解制氢，所述双路微反应机构由两个U型反应管组成，U型反应管分别内置一号微球和二号微球，通过在所述保温壳体中间设置双路微反应机构，而所述双路微反应机构由两个U型反应管组成，U型反应管分别内置一号微球和二号微球，从而在两个U型反应管之间进行焊接或涂敷导热胶等方式紧密连接，并采用铜丝缠绕，进而接触表面积大，从而使得传热效果更佳。从而使得传热效果更佳。从而使得传热效果更佳。

【技术实现步骤摘要】
一种氨分解制氢微反应器


[0001]本专利技术涉及氢能相关领域，具体为一种氨分解制氢微反应器。

技术介绍

[0002]氢气具有高燃烧焓(142MJ/kg)，可通过燃烧供能，也可通过氢燃料电池发电提供能量，使用过程中无碳排放。因此，氢能作为一种绿色高效的二次能源越来越受到关注。作为氢气从生产到利用过程中的桥梁，储氢技术贯穿产业链氢能端至燃料电池端，是控制氢气成本的关键环节。目前较为成熟的储氢技术主要采用高压气态储氢和低温液态储氢。然而，这两种技术耗能大，而且运输不安全。氢与氮气在催化剂作用下合成液氨，以液氨形式储运氢气，最后进行氨催化分解释放氢气(氨分解制氢反应方程式如式(1)所示)，实现氢能的高效储存、运输和应用。这种“氢
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氨
‑
氢”方式耗能、实现难度及运输难度相对更低。同时，液氨储氢中体积储氢密度比液氢高1.7倍，更远高于长管拖车式气态储氢技术。该技术在长距离氢能储运中有一定优势。在这一技术路线中，氨分解制氢技术至关重要。
[0003]ΔH＝46.金属氢化物固态储氢器22 kJ/mol
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(1)
[0004]理论上反应(1)在400℃就能达到99％的平衡转化率，但是实际需要1000℃才能发生。通常需要催化剂降低氨分解温度，但是仍然需要600℃左右高温。即便使用贵金属催化剂，分解温度也达到550℃。因此，要解决目前氨分解高能耗的问题，亟需采用可循环的一体式的余热供能方式，提供氨分解驱动力，从而提高整体效率。目前针对高效低成本的氨分解制氢的反应器较少，亟待开发设计用于高效氨分解制氢的反应器及反应系统；
[0005]而现在的反应器大多体积较大，并且比表面积较小，从而使得热传导效果差，而且大型的反应装置反应条件难以控制，安全系数较低。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种氨分解制氢微反应器，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种氨分解制氢微反应器，包括保温壳体、双路微反应机构、气体分离器、气体混合器、分流阀和金属氢化物固态储氢器，所述保温壳体中间设有双路微反应机构，一号微反应机构用于氢气催化燃烧，二号微反应机构用于氨气分解制氢，所述双路微反应机构由两个U型反应管组成，U型反应管分别内置一号微球和二号微球，两个U型反应管之间通过焊接或涂敷导热胶等方式紧密连接，并采用铜丝缠绕，所述一号微球和二号微球表面负载催化剂，所述U型反应管中设有三个温度传感器。
[0008]作为优选，双路微反应机构由两个U型反应管组成，两个U型反应管之间通过焊接或涂敷导热胶等方式紧密连接，并采用铜丝23缠绕。
[0009]作为优选，U型反应管分别内置一号微球和二号微球，所述一号微球和所述二号微球为多孔SiC或是Si3N4材料，所述一号微球和二号微球表面负载催化剂，所述一号催化剂为Pd、Pt或是AqO或是它们的组合，所述二号催化剂为Pd、Ru、Pt、铁基或是镍基或是它们的
组合。
[0010]作为优选，述双路微反应机构的材质为不锈钢管或铜管，所述双路微反应机构的管径小于15mm，壁厚小于0.5mm。
[0011]作为优选，所述保温壳体填充有保温套，所述保温套中包裹有所述双路微反应机构，所述双路微反应机构上固定设有三个安装基座，三个所述安装基座分别位于所述双路微反应机构的前段、中段和后段，每个所述安装基座上分别设有两个所述探针孔，所述温度传感器插入到所述探针孔中，从而进行温度的测量。
[0012]作为优选，所述保温壳体与所述气体混合器和所述气体分离器之间分别连接有连接气管，所述气体分离器与所述分流阀之间连接有导气管，所述分流阀一侧与所述气体混合器之间连接有导气管，所述分流阀的另一侧与氢气收集设备相连接，所述气体混合器上安装有抽气机构，所述气体分离器中安装有排气机构，所述保温壳体上连接有金属氢化物固态储氢器，所述金属氢化物固态储氢器可以将氢气存储起来。
[0013]此外，本专利技术还提供一种氨分解制氢微反应器的控制方法，包括以下步骤：
[0014]步骤一：启动一号微反应机构：通过储氢罐向气体混合器输入氢气，与空气混合后导入一号微反应机构，在一号催化剂作用下发生氢气催化燃烧，给二号微反应机构加热；
[0015]步骤二：启动二号微反应机构：当二号微反应器内温度达到设定温度值(氨分解温度)时，向二号微反应机构导入氨气，在二号催化剂作用下发生氨气分解反应；
[0016]步骤三：持续调整气体混合器中氢气与空气的燃空比，使二号微反应器内温度始终高于设定温度值，从而将氨气完全分解；
[0017]步骤四：氨分解后的氢氮混合气通过气体分离器分离后，氢气输出给需氢终端使用。
[0018]作为优选，所述氢气与空气的燃空比的调控范围为1：50至1：10。
[0019]作为优选，所述二号微反应器内的反应温度为350℃
‑
550℃。
[0020]综上所述，本专利技术有益效果是：
[0021]1、本专利技术通过在所述保温壳体中间设置双路微反应机构，而所述双路微反应机构由两个U型反应管组成，U型反应管分别内置一号微球和二号微球，从而在两个U型反应管之间进行焊接或涂敷导热胶等方式紧密连接，并采用铜丝缠绕，进而接触表面积大，从而使得传热效果更佳好。
[0022]2、本专利技术通过在U型反应管分别内置一号微球和二号微球，所述一号微球和所述二号微球为多孔或是材料，所述一号微球和二号微球表面负载催化剂，所述一号催化剂为Pd、Pt或是AqO或是它们的组合，所述二号催化剂为Pd、Ru、Pt、铁基或是镍基或是它们的组合，所述一号微球和二号微球大小一定，从而使得反应条件可以进行精确的控制，从而强化反应过程、提高转化率、选择性和收率
[0023]3、本专利技术通过在所述保温壳体填充有保温套，所述保温套中包裹有所述双路微反应机构，从而使得反应装置微小，从而可以进行小通量的反应，安全性更加高，节能环保且更加经济适用。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有
技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术一种氨分解制氢微反应器整体全剖的主视结构示意图；
[0026]图2为本专利技术图1中保温壳体的立体结构示意图；
[0027]图3为本专利技术图2中A
‑
A处剖视图结构示意图；
[0028]图4为本专利技术图3中双路微反应机构的立体结构示意图；
[0029]图5为本专利技术中一号微球的立体结构示意图；
[0030]图6为本专利技术中二号微球的立体结构示意图；
[0031]图7为本专利技术中二号微反应机构中温度曲线图。
[0032]附图中标记分述如下：11、气体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨分解制氢微反应器，包括保温壳体(10)、双路微反应机构(20)、气体分离器(11)、气体混合器(12)、分流阀(15)，其特征在于：所述保温壳体(10)中间设有双路微反应机构(20)，一号微反应机构用于氢气催化燃烧，二号微反应机构用于氨气分解制氢，所述双路微反应机构(20)由两个U型反应管组成，U型反应管分别内置一号微球(38)和二号微球(18)，两个U型反应管之间通过焊接或涂敷导热胶等方式紧密连接，并采用铜丝(23)缠绕，所述一号微球(38)和二号微球(18)表面负载催化剂，所述U型反应管中设有三个温度传感器温度传感器(24)。2.根据权利要求1所述的一种氨分解制氢微反应器，其特征在于：双路微反应机构(20)由两个U型反应管组成，两个U型反应管之间通过焊接或涂敷导热胶等方式紧密连接，并采用铜丝(23)缠绕。3.根据权利要求1所述的一种氨分解制氢微反应器，其特征在于：U型反应管分别内置一号微球(38)和二号微球(18)，所述一号微球(38)和所述二号微球(18)为多孔SiC或是Si3N4材料，所述一号微球(38)和二号微球(18)表面负载催化剂，所述一号催化剂为Pd、Pt或是AqO或是它们的组合，所述二号催化剂为Pd、Ru、Pt、铁基或是镍基或是它们的组合。4.根据权利要求2所述的一种氨分解制氢微反应器，其特征在于：所述双路微反应机构(20)的材质为不锈钢管或铜管，所述双路微反应机构(20)的管径小于15mm,壁厚小于0.5mm。5.根据权利要求1所述的一种氨分解制氢微反应器，其特征在于：所述保温壳体(10)填充有保温套(29)，所述保温套(29)中包裹有所述双路微反应机构(20)，所述双路微反应机构(20)上固定设有三个安装基座(34)，三个所述安装基座(34)分别位于所述双路微反应机构(20)的前段、中段和后段，每个所...

【专利技术属性】
技术研发人员：钮峰，黄岳祥，
申请(专利权)人：杭州氢源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：