【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氨气制氢，具体涉及一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢装置及方法。
技术介绍
1、氢能源是当前最理想的无碳能源，被誉为“21世纪终极能源”，其完全燃烧产物只有水，具有清洁低碳、灵活高效、来源广泛及应用多元等优点，但其储存和运输较为困难，主要集中在经济性方面，目前主要的制氢方法包括蒸汽重整法、光解法、电催化法和氨分解制氢等方法。氨是氢能源运输和储存的良好介质，开发高效率、低能耗和低成本的氨气制氢技术具有光明的应用前景。
2、许多学者对其进行了广泛的研究，主要方向包括氨水电解法以及氨气的高温热分解法。与其他氨制氢方法相比，高温热分解法不依赖于电能，具有广泛的应用潜力，但反应需要达到较高的温度，需要提供大量的热量。因此，选择合适的催化剂和设计高效的传热方式至关重要。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢装置及方法，利用热管将燃烧热量传递至氨气裂解室，同时利用裂解和燃烧产物热量预热原料氨气，充分利用余热，可以显著提高传统氨气制氢系统性能。
2、为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢装置，包括氨气裂解组件、氨气燃烧组件和热管传热组件；
4、所述氨气裂解组件用于将原料氨气裂解为氮气和氢气，并经过提纯获取高纯度氢气；
5、所述氨气燃烧组件用于为氨气裂解组件提供热量；
6、所述热管传热组件用于将氨气燃烧产生
7、所述氨气裂解组件包括储氨罐、减压阀、预热器、第一三通阀、氨气裂解室、第二三通阀、第二回热器、除氨塔、变压吸附塔、氢压机、储氢罐和混合室；
8、所述储氨罐的输出端与减压阀的输入端连接，所述减压阀的输出端与预热器的输入端连接，所述预热器的输出端与第一三通阀的输入端连接，所述第一三通阀的第一输出端与第二回热器的第一输入端连接，所述第二回热器的第一输出端与氨气裂解室的氨气输入端连接，所述氨气裂解室的产物输出端与第二三通阀的输入端连接，所述第二三通阀的第一输出端与混合室的第一输入端连接，所述第二三通阀的第二输出端与第二回热器的第二输入端连接，所述第二回热器的第二输出端与除氨塔的输入端连接，所述除氨塔的输出端与变压吸附塔的输入端连接，所述变压吸附塔的输出端与氢压机的输入端连接，所述氢压机的输出端与储氢罐的输入端连接。
9、进一步的，所述氨气燃烧组件包括储氨罐、减压阀、预热器、第一三通阀、第一回热器、氨气燃烧室和混合室；
10、所述氨气燃烧室内顶部设有点火器，所述储氨罐的输出端与减压阀的输入端连接，所述减压阀的输出端与预热器的输入端连接，所述预热器的输出端与第一三通阀的输入端连接，所述第一三通阀的第二输出端与第一回热器的第一输入端连接，所述第一回热器的第一输出端与混合室的第二输入端连接，所述混合室的输出端与氨气燃烧室的氨气输入端连接，在氨气燃烧室内，氨气燃烧室的氨气输入端与点火器连接，氨气燃烧室的产物输出端与第一回热器的第二输入端连接，第一回热器的第二输出端与环境连接。
11、进一步的，所述热管传热组件包括设于氨气燃烧室内的高温热管蒸发端、中高温热管蒸发端和中温热管蒸发端、以及设于氨气裂解室内的高温热管冷凝端、中高温热管冷凝端和中温热管冷凝端；
12、所述高温热管蒸发端、中高温热管蒸发端和中温热管蒸发端由上至下依次间隔设置，所述高温热管冷凝端、中高温热管冷凝端和中温热管冷凝端由上至下依次间隔设置；
13、所述高温热管蒸发端与高温热管冷凝端通过毛细管连接构成循环回路，所述中高温热管蒸发端与中高温热管冷凝端通过毛细管连接构成循环回路，所述中温热管蒸发端与中温热管冷凝端通过毛细管连接构成循环回路，各级热管以阵列方式纵向排列，在氨气燃烧室和氨气裂解室内形成均匀的换热通道。
14、进一步的，所述氨气裂解室内还设有高温催化剂、中高温催化剂和中温催化剂；
15、所述高温催化剂、中高温催化剂和中温催化剂分别与高温热管冷凝端、中高温热管冷凝端和中温热管冷凝端对应设置；
16、所述高温热管蒸发端、中高温热管蒸发端和中温热管蒸发端分别与高温热管冷凝端、中高温热管冷凝端和中温热管冷凝端对应设置；
17、所述点火器为一个或多个。
18、本专利技术还提供了一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢方法，采用上述的氨气燃烧裂解制氢装置，所述氨气燃烧裂解制氢方法包括氨气裂解方法、氨气燃烧方法和热管传热方法；
19、所述氨气裂解方法包括以下步骤：
20、储氨罐放出的原料氨气经减压阀降压后，进入预热器预热，通过第一三通阀分流，一部分经第二回热器再次预热后进入氨气裂解室，在高温热管冷凝端、中高温热管冷凝端和中温热管冷凝端传递的燃烧热能和高温催化剂、中高温催化剂和中温催化剂的作用下裂解为氢气和氮气，其中小部分裂解产物经第二三通阀分流后用于氨气燃烧过程，大部分经第二回热器再次预热原料氨气，然后依次通过除氨塔、变压吸附塔分离出高纯度氢气，经氢压机加压后送往储氢罐。
21、进一步的，所述氨气燃烧方法包括以下步骤：
22、经预热器预热后的另一部分原料氨气与裂解室出口的小部分裂解产物经混合室混合后进入氨气燃烧室，经点火器点火燃烧，燃烧产物经第一回热器预热原料氨气，然后排放至环境。
23、进一步的，所述热管传热方法包括以下步骤：
24、氨气与裂解产物的混合气在燃烧过程放出的热量传递至高温热管蒸发端、中高温热管蒸发端和中温热管蒸发端后，经毛细管传递至高温热管冷凝端、中高温热管冷凝端和中温热管冷凝端，为氨气裂解过程提供热量。其中，热管的高温热管蒸发端、中高温热管蒸发端和中温热管蒸发端与高温热管冷凝端、中高温热管冷凝端和中温热管冷凝端具有较小温差。
25、进一步的，所述裂解产物成分包括氮气、氢气和微量的氨气，小部分裂解产物用于强化氨气燃烧过程，大部分裂解产物用于分离提纯制取高纯度氢气。
26、其中，氨气燃烧热能通过多级高温热管蒸发端、中高温热管蒸发端和中温热管蒸发端经毛细管传递给氨气裂解室中的多级高温热管冷凝端、中高温热管冷凝端和中温热管冷凝端，传热温差小，传热效率高，可以提升氨气燃烧热能的利用率以及氨气裂解率。
27、本专利技术与现有技术相比，其具有以下有益效果：
28、1、本专利技术利用热管的高效热传导性能，将燃烧所释放的热量用于氨气裂解室，为氨气裂解反应提供高温条件，降低传热温差，促进氨气裂解反应过程，提高产氢速率。
29、2、本专利技术利用裂解产物含氢量较高的特性，通过分离小部分裂解产物与原料氨气混合燃烧，可以提高燃烧稳定性和热量。
30、3、本专利技术对燃烧和裂解反应产物的余热进行再利用，显著提高氨气裂解制氢系统的能量利用效率。
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1.一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢装置，其特征在于，包括氨气裂解组件、氨气燃烧组件和热管传热组件；
2.根据权利要求1所述的一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢装置，其特征在于，所述氨气燃烧组件包括储氨罐(1)、减压阀(2)、预热器(3)、第一三通阀(4)、第一回热器(5)、氨气燃烧室(6)和混合室(14)；
3.根据权利要求2所述的一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢装置，其特征在于，所述热管传热组件包括设于氨气燃烧室(6)内的高温热管蒸发端(6-2)、中高温热管蒸发端(6-3)和中温热管蒸发端(6-4)、以及设于氨气裂解室(7)内的高温热管冷凝端(7-1)、中高温热管冷凝端(7-2)和中温热管冷凝端(7-3)；
4.根据权利要求3所述的一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢装置，其特征在于，所述氨气裂解室(7)内还设有高温催化剂(7-4)、中高温催化剂(7-5)和中温催化剂(7-6)；
5.一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢方法，采用如权利要求1-4任意一项所述的氨气燃烧裂解制氢装置，其特征在于，所述氨气燃烧裂解
6.根据权利要求5所述的一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢方法，其特征在于，所述氨气燃烧方法包括以下步骤：
7.根据权利要求5所述的一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢方法，其特征在于，所述热管传热方法包括以下步骤：
8.根据权利要求5所述的一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢方法，其特征在于，所述裂解产物成分包括氮气、氢气和微量的氨气，小部分裂解产物用于强化氨气燃烧过程，大部分裂解产物用于分离提纯制取高纯度氢气。
...【技术特征摘要】
1.一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢装置，其特征在于，包括氨气裂解组件、氨气燃烧组件和热管传热组件；
2.根据权利要求1所述的一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢装置，其特征在于，所述氨气燃烧组件包括储氨罐(1)、减压阀(2)、预热器(3)、第一三通阀(4)、第一回热器(5)、氨气燃烧室(6)和混合室(14)；
3.根据权利要求2所述的一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢装置，其特征在于，所述热管传热组件包括设于氨气燃烧室(6)内的高温热管蒸发端(6-2)、中高温热管蒸发端(6-3)和中温热管蒸发端(6-4)、以及设于氨气裂解室(7)内的高温热管冷凝端(7-1)、中高温热管冷凝端(7-2)和中温热管冷凝端(7-3)；
4.根据权利要求3所述的一种基于热管强化换热的氨气燃烧裂解制氢装置，其特征在于，所述...
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