本發(fā)明涉及氨分解制氫，具體涉及一種利用等離子體輔助加熱氨氣催化的等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)。

背景技術：

1、目前傳統(tǒng)氨分解裝置設備采用工業(yè)電爐進行供熱，且使用高溫氨分解催化劑，氨分解反應的活化勢壘過高，氨在低溫下難以發(fā)生分解反應，因此需要重點解決常壓和溫和溫度下氨氣裂解制氫的問題，開發(fā)高效的催化劑，降低反應的活化能；等離子體輔助催化，等離子體催化耦合或等離子體驅動催化，是指氣體放電或等離子體與具有催化性能的材料相結合。這種結合可以產(chǎn)生增強的結果，有時僅靠等離子體或催化單一操作無法實現(xiàn)，目標是通過在反應循環(huán)中加入等離子體來增強催化反應。

2、中國專利cn114852959a一種氨重整和氨裂解制氫系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括：進氣模塊用于獲取第一組分并將廢氣分為第一氣體和第二氣體，根據(jù)第一組分通入氨氣和氧氣與第二氣體混合得到第三氣體；重整器用于加熱第一氣體，根據(jù)第三氣體采用等離子體活化技術進行氨重整反應生成第四氣體；補氣模塊獲取第二組分，根據(jù)第二組分通入氨氣和氧氣與第四氣體混合得到第五氣體；氨裂解發(fā)生器根據(jù)第五氣體和第一氣體，采用低溫等離子體活化技術進行氨分解反應生成第六氣體，并將第六氣體通入發(fā)動機中進行燃燒。該系統(tǒng)實現(xiàn)了高效的氨重整、氨裂解制氫，提升了燃料熱效率并降低了nox排放量，可廣泛應用于燃料技術領域，然而該系統(tǒng)在氫氣制備以及在燃燒過程中，存在著能量消耗大及能量利用率不高的問題，氨裂解過程中對等離子依賴性大，氨氣裂解制氫效率不高，通常需要較高的能量，升溫時間長且能耗大。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中存在著氨裂解需要較高能量，升溫時間長且耗能大，且分解過程能量消耗大，制氫效率不佳等缺陷；提供一種能量利用率高，升溫速率快，能耗低且制氫效率高的等離子加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)。

2、本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案是：一種等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)，包括電源、等離子反應器、第一換熱器、吸附裝置和氮氣罐和氨氣罐，?電源與等離子反應器電連通；等離子反應器上開設有氮氣入口、氮氣出口、氨氣入口、分解氣出口和通電口；等離子反應器內部分為彼此不連通的通電區(qū)域和分解區(qū)域，通電區(qū)域和分解區(qū)域相連接；氮氣入口、氮氣出口和通電口分別與通電區(qū)域連通，氨氣入口和分解氣出口分別與分解區(qū)域連通；通電區(qū)域包括多個彼此間隔設置的等離子體炬，多個等離子體炬的一端與氮氣入口相通，多個等離子體炬的另一端與氮氣出口相通；多個等離子體炬貫穿分解區(qū)域；氨氣罐和分解氣出口同時與第一換熱器連通，第一換熱器能夠將分解氣出口排出的分解氣體的熱量轉移給氨氣罐導入的氨氣；第一換熱器還與氨氣入口和吸附裝置連通；氮氣罐與氮氣入口連通。

3、進一步的，電源為交流電源，電源與通電口電連通。

4、進一步的，等離子反應器內部固定分開設置的第一表面和第二表面，第一表面靠近氮氣入口設置，第二表面靠近氮氣出口設置，第一表面與氮氣入口之間存在第一間隙，第二表面與氮氣出口之間存在第二間隙，等離子體炬同時與第一表面以及第二表面固定連接，第一間隙、第二間隙和多個等離子體炬共同組成通電區(qū)域；第一表面、第二表面和多個等離子體炬之間的間隔共同組成分解區(qū)域；通電口與所述第一間隙相通。

5、進一步的，等離子體炬包括第一套管和第二套管，第一套管的直徑小于第二套管的直徑，第一套管部分套設在第二套管部分內部；第一套管遠離第二套管的一端延伸進入第一間隙中，第二套管遠離第一套管的一端與第二間隙相通。

6、進一步的，第一表面上開設有多個第一開孔，第二表面上開設有多個第二開孔，第一開孔和第二開孔一一對稱設置，第一套管對應固定在第一開孔上，第二套管的一端與第二開孔相連接并且與第二間隙相通，第二套管的另一端與第一表面固定連接，第二套管的長度等于第一表面與第二表面之間的距離。

7、進一步的，多個第二套管之間填充有氨分解催化劑，多個套管之間的間距彼此相等。

8、進一步的，等離子反應器還與第二換熱器連通，第二換熱器還分別與第一換熱器以及氮氣罐連通，第二換熱器能夠將從等離子反應器中排出的氮氣的熱量轉移給第一換熱器中導入的氨氣；等離子反應器的氮氣出口與第二換熱器之間設置有氮氣排出閥門，第一換熱器和第二換熱器之間設置有氨氣排出閥門。

9、進一步的，吸附裝置分別與氫氣吸附塔和氮氣吸附塔連通，吸附裝置與氫氣吸附塔之間設置有氫氣吸附閥門，吸附裝置與氮氣吸附塔之間設置有氮氣吸附閥門；氫氣吸附塔和氮氣吸附塔之間彼此不連通。

10、進一步的，氮氣吸附塔與氮氣罐連通，氮氣吸附塔與氮氣罐之間設置有氮氣引入閥門。

11、進一步的，第一換熱器和吸附裝置之間設置有分解氣控制閥門，氨氣罐和第一換熱器之間設置有氨氣控制閥門，氮氣罐與等離子反應器之間設置有氮氣控制閥門。

12、本發(fā)明所述的一種等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)，通過將等離子體通電催化工藝與氨分解催化劑結合，共同提高了氨氣的分解效果，相比單純的等離子體通電催化或者僅僅采用氨分解催化劑結合加熱來促進氨氣分解，該系統(tǒng)減少了運行過程中所需的整體能量，減少了整體升溫時間，實現(xiàn)了對氨氣的快速加熱以及提高了等離子通電過程中氮氣與氨氣之間的換熱面積，提供了一種快速且均勻的加熱氨氣的方式，適用于需要快速加熱的場合；由于等離子體是由高密度的離子和電子組成，因此能量高度集中，加熱效果顯著；等離子體加熱過程中沒有有害物質排放，是一種較為環(huán)保的加熱方式；可以通過調整電壓、電流等參數(shù)，精確控制加熱過程，滿足不同工藝的需求；并且系統(tǒng)運行過程中有效利用氨氣分解以及等離子通電過程中產(chǎn)生的熱量，達到了對氮氣、分解氣體及對應的熱量的重復利用，提高了系統(tǒng)能量利用率，減少了能量消耗。

技術特征：

1.一種等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)，包括電源、等離子反應器、第一換熱器、吸附裝置、氮氣罐和氨氣罐，其特征在于：所述電源與所述等離子反應器電連通；所述等離子反應器上開設有氮氣入口、氮氣出口、氨氣入口、分解氣出口和通電口；所述等離子反應器內部分為彼此不連通的通電區(qū)域和分解區(qū)域，所述通電區(qū)域和所述分解區(qū)域相連接；所述氮氣入口、所述氮氣出口和所述通電口分別與所述通電區(qū)域連通，所述氨氣入口和所述分解氣出口分別與所述分解區(qū)域連通；所述通電區(qū)域包括多個彼此間隔設置的等離子體炬，多個所述等離子體炬的一端與所述氮氣入口相通，多個所述等離子體炬的另一端與所述氮氣出口相通；多個所述等離子體炬貫穿所述分解區(qū)域；所述氨氣罐和所述分解氣出口同時與所述第一換熱器連通，所述第一換熱器能夠將分解氣出口排出的分解氣體的熱量轉移給所述氨氣罐導入的氨氣；所述第一換熱器還與所述氨氣入口和所述吸附裝置連通；所述氮氣罐與氮氣入口連通。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述電源為交流電源，所述電源與所述通電口電連通。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述等離子反應器內部固定分開設置的第一表面和第二表面，所述第一表面靠近所述氮氣入口設置，所述第二表面靠近所述氮氣出口設置，所述第一表面與所述氮氣入口之間存在第一間隙，所述第二表面與所述氮氣出口之間存在第二間隙，所述等離子體炬同時與所述第一表面以及所述第二表面固定連接，所述第一間隙、所述第二間隙和多個所述等離子體炬共同組成所述通電區(qū)域；所述第一表面、所述第二表面和多個所述等離子體炬之間的間隔共同組成所述分解區(qū)域；所述通電口與所述第一間隙相通。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述等離子體炬包括第一套管和第二套管，所述第一套管的直徑小于所述第二套管的直徑，所述第一套管部分套設在所述第二套管部分內部；所述第一套管遠離所述第二套管的一端延伸進入所述第一間隙中，所述第二套管遠離所述第一套管的一端與所述第二間隙相通。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述第一表面上開設有多個第一開孔，所述第二表面上開設有多個第二開孔，所述第一開孔和所述第二開孔一一對稱設置，所述第一套管對應固定在所述第一開孔上，所述第二套管的一端與所述第二開孔相連接并且與所述第二間隙相通，所述第二套管的另一端與所述第一表面固定連接，所述第二套管的長度等于所述第一表面與所述第二表面之間的距離。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)，其特征在于：多個所述第二套管之間填充有氨分解催化劑，多個所述套管之間的間距彼此相等。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述等離子反應器還與第二換熱器連通，所述第二換熱器還分別與所述第一換熱器以及所述氮氣罐連通，所述第二換熱器能夠將從所述等離子反應器中排出的氮氣的熱量轉移給所述第一換熱器中導入的氨氣；所述等離子反應器的氮氣出口與所述第二換熱器之間設置有氮氣排出閥門，所述第一換熱器和所述第二換熱器之間設置有氨氣排出閥門。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述吸附裝置分別與氫氣吸附塔和氮氣吸附塔連通，所述吸附裝置與所述氫氣吸附塔之間設置有氫氣吸附閥門，所述吸附裝置與所述氮氣吸附塔之間設置有氮氣吸附閥門；所述氫氣吸附塔和所述氮氣吸附塔之間彼此不連通。

9.根據(jù)權利要求8所述的一種等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述氮氣吸附塔與所述氮氣罐連通，所述氮氣吸附塔與所述氮氣罐之間設置有氮氣引入閥門。

10.根據(jù)權利要求1所述的一種等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述第一換熱器和所述吸附裝置之間設置有分解氣控制閥門，所述氨氣罐和所述第一換熱器之間設置有氨氣控制閥門，所述氮氣罐與所述等離子反應器之間設置有氮氣控制閥門。

技術總結
本申請公開了一種等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)，包括電源、等離子反應器、第一換熱器、吸附裝置、氮氣罐和氨氣罐，電源與等離子反應器電連通；等離子反應器分為彼此不連通但連接的通電區(qū)域和分解區(qū)域；氮氣入口、氮氣出口和通電口分別與通電區(qū)域連通，氨氣入口和分解氣出口分別與分解區(qū)域連通；通電區(qū)域包括多個彼此間隔設置的等離子體炬，多個等離子體炬的一端與氮氣入口相通，另一端與氮氣出口相通并且貫穿分解區(qū)域；氨氣罐和分解氣出口同時與第一換熱器連通；第一換熱器還與氨氣入口和吸附裝置連通；氮氣罐與氮氣入口連通。該等離子體加熱催化氨分解制氫系統(tǒng)降低了氨氣的升溫時間，大幅提高了氨氣的加熱效果，有利于氨氣的充分均勻分解。

技術研發(fā)人員：田勇,王大彪,江莉龍,陳智鋒,羅宇,張卿
受保護的技術使用者：福大紫金氫能科技股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2