【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及制氢设备，具体的说是一种耦合光热氨分解制氢系统。
技术介绍
1、氨分解制氢是一个强吸热体积膨胀的可逆反应，高温低压有利于反应的正向进行，反应产物为氮气和氢气，无污染。同时进入反应炉胆前的气体温度越高，反应越迅速，系统相对的补热量较少，反应器内部温度场更均匀。目前工业上使用的氨分解反应器主要依靠电加热对反应炉胆外壁进行加热，由于反应器中心区域温度相对较低，反应需要吸热，使得炉胆内部温度相对较低，反应转化率较低，且设备高能耗、制造成本高。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种耦合光热氨分解制氢系统，在氨气进入氨分解反应器前通过第一换热器中反应后的高温气体、第二换热器中的高温熔盐对氨气进行两次换热，使得氨气的温度接近反应温度，加快氨分解反应器的反应速率，使系统能够尽快进入平稳生产状态，提高生产效率。
2、为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
3、一种耦合光热氨分解制氢系统，包括氨分解反应器、液氨储罐、氨气加热装置、氢气储罐，所述氨气加热装置包括液氨水浴箱、第一换热器和第二换热器，液氨水浴箱的氨气管道进气口与液氨储罐相连接，液氨水浴箱的氨气管道出气口与第一换热器、第二换热器的氨气管道依次相串联，第二换热器中的氨气通道与氨分解反应器的氨气入口相连接，氨分解反应器的反应气体出口与第一换热器的反应后气体通道的进气口相连接，第一换热器的反应后气体通道的出气口与冷却器的反应后气体通道的进气口相连接，冷却器的反应后气体通道的出气口与干燥罐、吸附装
4、第二换热器的熔盐通道进口与熔盐高温储罐的出口相连接，第二换热器的熔盐通道出口与熔盐低温储罐的进口相连接，熔盐低温储罐的出口依次与太阳能集热器、熔盐高温储罐相串联；
5、氨分解反应器与电化学储能装置相连接，电化学储能装置与电源单元相连接。
6、优选的，所述太阳能集热器与分光滤波器相连接，分光滤波器与光伏发电设备相连接。
7、优选的，所述电源单元包括光伏发电设备，光伏发电设备与光伏逆变器相连接，光伏逆变器与电化学储能装置相连接，电化学储能装置的输入端还与能量控制装置相连接。
8、优选的，所述电源单元包括风电机组，风电机组与风电变流器相连接，风电变流器与电化学储能装置相连接，电化学储能装置的输入端还与能量控制装置相连接。
9、优选的，所述液氨水浴箱的热介质管道与冷却器的冷却介质管道的下端相连接，冷却器冷区介质管道的上端与冷却水水源相连接。
10、优选的，所述氨分解反应器包括相互连接的筒体和筒体上盖，筒体的内腔中安装有圆柱状的内胆，内胆的底部与安装在筒体底壁的内胆支撑座相连接，内胆的外侧均布数根与内胆相平行的电加热棒，电加热棒的外侧设置有预热盘管，预热盘管的上端与氨气入口相连接，预热盘管的下端与u字型的盘管接管进口相连接，盘管接管的出口延伸至内胆的底部，内胆的顶部与反应气体出口相连接，氨气入口的下部、反应气体出口的下部和电加热棒的顶部均贯穿筒体上盖，电加热棒与电化学储能装置相连接。
11、优选的，所述内胆的顶部自下而上依次安装有气体出口栅格板和内胆上盖，内胆上盖与反应气体出口的底部相连通；内胆的底部自上而下依次安装有气体入口栅格板和内胆下盖，盘管接管的出口端贯穿内胆下盖延伸至气体入口栅格板的下方。
12、优选的，所述内胆的中心设置有电磁感应补热器，电磁感应补热器的上部贯穿内胆上盖和筒体上盖与电化学储能装置相连接。
13、本专利技术的工作过程为：
14、液氨储罐中的液氨经过液氨水浴箱汽化后进入第一换热器、第二换热器的氨气管道中，第二换热器中的低温氨气与高温熔盐进行热交换，氨气温度升高，氨气进入氨分解反应器中，分解反应后氨气分解为氢气和氮气，高温的反应气体气体经过反应气体出口进入第一换热器，高温的反应气体与第一换热器中的低温氨气进行第一次热交换后进入冷却器，与冷却器内的冷却水进行第二次热交换后进入干燥罐除湿除残氨、经过吸附装置将氮气排放后，收集氢气进入氢气储罐储存。
15、在本专利技术所述的系统中电源供给方式包括：（1）分光滤波器将太阳光进行滤波，选择适当的光波分别输送给太阳能集热器和光伏发电设备；光伏发电设备经过光伏逆变器将电能存储在电化学储能装置中，为氨分解反应器提供电源；太阳能集热器对低温熔盐进行加热；（2）电化学储能装置还与风电机组相连接，风电机组为电化学储能装置提供电源。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
17、本专利技术所述的系统在氨气进入氨分解反应器前通过第一换热器中反应后的高温气体、第二换热器中的高温熔盐对氨气进行两次换热，使得氨气的温度接近反应温度，加快了氨分解反应器的反应速率，使系统能够尽快进入平稳生产状态，提高了生产效率。
18、本专利技术将太阳光通过分光滤波器分配适当波段的光波给太阳能集热器和光伏发电设备，提高了太阳能的利用，同时通过太阳能集热器对熔盐加热供给第二换热器，通过光伏发电设备为电化学储能装置提供电能，保证了氨分解反应器的电源需求，能源供给绿色、环保、节能。
19、液氨水浴箱中的热介质通道与冷却器的冷却介质管道的下端相连接，汽化后温度较低的氨气与冷却器中冷却介质管道中的温度稍高的冷却水可以初步进行热交换，提升氨气的质量和汽化速度，有效率用热源。
20、氨分解反应器中为保证氨分解反应的温度，在内胆的外侧设置预热盘管，预热盘管与内胆之间安装电加热棒，电加热棒可预先对氨分解反应器进行加热，能够快速启动氨分解反应器，同时经过二次换热后的氨气在盘管中运行进一步保证了氨分解反应器反应所需的热量，提高了产品的性能。
21、氨分解反应器的中心设置与电化学储能装置相连接的电磁感应补热器，在反应温度不够时可通过电化学储能装置进行加热，保证了系统的平稳运行。
22、氨分解反应器的内胆中装填有催化剂，采用栅格板作为内胆两端的支撑，方便气体进出。
23、反应器内胆单独放置于筒体内，方便后期维修更换。
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1.一种耦合光热氨分解制氢系统，其特征在于：包括氨分解反应器（11）、液氨储罐（6）、氨气加热装置、氢气储罐（20），所述氨气加热装置包括液氨水浴箱（8）、第一换热器（9）和第二换热器（10），液氨水浴箱（8）的氨气管道进气口与液氨储罐（6）相连接，液氨水浴箱（8）的氨气管道出气口与第一换热器（9）、第二换热器（10）的氨气管道依次相串联，第二换热器（10）中的氨气通道与氨分解反应器（11）的氨气入口（11.3）相连接，氨分解反应器（11）的反应气体出口（11.4）与第一换热器（9）的反应后气体通道的进气口相连接，第一换热器（9）的反应后气体通道的出气口与冷却器（14）的反应后气体通道的进气口相连接，冷却器（14）的反应后气体通道的出气口与干燥罐（15）、吸附装置（16）依次相串联，吸附装置（16）的氢气出口与氢气储罐（20）相连接；冷却器（14）的冷却介质通道进口与冷却水水源相连接；
2.根据权利要求1所述的耦合光热氨分解制氢系统，其特征在于：所述太阳能集热器（3）与分光滤波器（1）相连接，分光滤波器（1）与光伏发电设备（2）相连接。
3.根据权利要求1
4.根据权利要求1所述的耦合光热氨分解制氢，其特征在于：所述电源单元包括风电机组（19），风电机组（19）与风电变流器（17）相连接，风电变流器（17）与电化学储能装置（12）相连接，电化学储能装置（12）的输入端还与能量控制装置（13）相连接。
5.根据权利要求1所述的耦合光热氨分解制氢系统，其特征在于：所述液氨水浴箱（8）的热介质管道与冷却器（14）的冷却介质管道的下端相连接，冷区介质管道的上端与冷却水水源相连接。
6.根据权利要求1所述的耦合光热氨分解制氢系统，其特征在于：所述氨分解反应器（11）包括相互连接的筒体（11.2）和筒体上盖（11.1），筒体（11.2）的内腔中安装有圆柱状的内胆（11.12），内胆（11.12）的底部与安装在筒体（11.2）底壁的内胆支撑座（11.8）相连接，内胆（11.12）的外侧均布数根与内胆（11.12）相平行的电加热棒（11.5），电加热棒（11.5）的外侧设置有预热盘管（11.6），预热盘管（11.6）的上端与氨气入口（11.3）相连接，预热盘管（11.6）的下端与U字型的盘管接管（11.7）进口相连接，盘管接管（11.7）的出口延伸至内胆（11.12）的底部，内胆（11.12）的顶部与反应气体出口（11.4）相连接，氨气入口（11.3）的下部、反应气体出口（11.4）的下部和电加热棒（11.5）的顶部均贯穿筒体上盖（11.1），电加热棒（11.5）与电化学储能装置（12）相连接。
7.根据权利要求6所述的耦合光热氨分解制氢系统，其特征在于：所述内胆（11.12）的顶部自下而上依次安装有气体出口栅格板（11.11）和内胆上盖（11.10），内胆上盖（11.10）与反应气体出口（11.4）的底部相连通；内胆（11.12）的底部自上而下依次安装有气体入口栅格板（11.13）和内胆下盖（11.14），盘管接管（11.7）的出口端贯穿内胆下盖（11.14）延伸至气体入口栅格板（11.13）的下方。
8.根据权利要求6或7所述的耦合光热氨分解制氢系统，其特征在于：所述内胆（11.12）的中心设置有电磁感应补热器（11.9），电磁感应补热器（11.9）的上部贯穿内胆上盖（11.10）和筒体上盖（11.1）与电化学储能装置（12）相连接。
...【技术特征摘要】
1.一种耦合光热氨分解制氢系统，其特征在于：包括氨分解反应器（11）、液氨储罐（6）、氨气加热装置、氢气储罐（20），所述氨气加热装置包括液氨水浴箱（8）、第一换热器（9）和第二换热器（10），液氨水浴箱（8）的氨气管道进气口与液氨储罐（6）相连接，液氨水浴箱（8）的氨气管道出气口与第一换热器（9）、第二换热器（10）的氨气管道依次相串联，第二换热器（10）中的氨气通道与氨分解反应器（11）的氨气入口（11.3）相连接，氨分解反应器（11）的反应气体出口（11.4）与第一换热器（9）的反应后气体通道的进气口相连接，第一换热器（9）的反应后气体通道的出气口与冷却器（14）的反应后气体通道的进气口相连接，冷却器（14）的反应后气体通道的出气口与干燥罐（15）、吸附装置（16）依次相串联，吸附装置（16）的氢气出口与氢气储罐（20）相连接；冷却器（14）的冷却介质通道进口与冷却水水源相连接；
2.根据权利要求1所述的耦合光热氨分解制氢系统，其特征在于：所述太阳能集热器（3）与分光滤波器（1）相连接，分光滤波器（1）与光伏发电设备（2）相连接。
3.根据权利要求1或2所述的耦合光热氨分解制氢系统，其特征在于：所述电源单元包括光伏发电设备（2），光伏发电设备（2）与光伏逆变器（18）相连接，光伏逆变器（18）与电化学储能装置（12）相连接，电化学储能装置（12）的输入端还与能量控制装置（13）相连接。
4.根据权利要求1所述的耦合光热氨分解制氢，其特征在于：所述电源单元包括风电机组（19），风电机组（19）与风电变流器（17）相连接，风电变流器（17）与电化学储能装置（12）相连接，电化学储能装置（12）的输入端还与能量控制装置（13）相连接。
5.根据权利要求1所述的耦合光热氨分解制氢系统，其特征在于：所述液氨水浴箱（8）的热介质管道...
【专利技术属性】
技术研发人员：王波，乔健，李文新，王立满，王宇翔，胡振宇，冯作全，
申请(专利权)人：兰州兰石能源装备工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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