RU2801525C1 - Device for obtaining a hydrogen-containing mixture from ammonia - Google Patents
Device for obtaining a hydrogen-containing mixture from ammonia Download PDFInfo
- Publication number
- RU2801525C1 RU2801525C1 RU2022118939A RU2022118939A RU2801525C1 RU 2801525 C1 RU2801525 C1 RU 2801525C1 RU 2022118939 A RU2022118939 A RU 2022118939A RU 2022118939 A RU2022118939 A RU 2022118939A RU 2801525 C1 RU2801525 C1 RU 2801525C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ammonia
- catalytic
- unit
- decomposition
- inlet
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области химического машиностроения, а именно к устройству осуществления каталитической конверсии аммиака путем его разложения с целью получения водородсодержащей смеси, которая может использоваться для питания топливных элементов различного назначения, как стационарного, так и мобильного применения.The invention relates to the field of chemical engineering, and in particular to a device for the catalytic conversion of ammonia by its decomposition in order to obtain a hydrogen-containing mixture that can be used to power fuel cells for various purposes, both stationary and mobile applications.
Известно устройство (US8961923 В2, С01В 3/02, 17.04.2014), в котором из аммиака получают водородсодержащую газовую смесь. В реакторе автотермической конверсии аммиака подача аммиака и воздуха производится через отдельные входы, осуществляется их предварительный нагрев внутри реактора, после чего они поступают в камеру сгорания и сжигаются. Предварительный нагрев аммиака и воздуха достигается путем противоточного теплообмена поступающего аммиака и воздуха с выходящей водородсодержащей газовой смесью. Разложение аммиака происходит при температуре, обеспечивающей протекание гомогенного некаталитического процесса разложения. В результате реакций образуется смесь газообразных продуктов, включая газообразный водород, который направляется на дальнейшее использование.A device is known (US8961923 B2, SW 3/02, 04/17/2014), in which a hydrogen-containing gas mixture is obtained from ammonia. In the autothermal ammonia conversion reactor, ammonia and air are supplied through separate inlets, they are preheated inside the reactor, after which they enter the combustion chamber and are burned. The preheating of ammonia and air is achieved by countercurrent heat exchange of the incoming ammonia and air with the outgoing hydrogen-containing gas mixture. The decomposition of ammonia occurs at a temperature that ensures the flow of a homogeneous non-catalytic decomposition process. As a result of the reactions, a mixture of gaseous products is formed, including gaseous hydrogen, which is sent for further use.
Недостатком данного устройства является высокая температура предварительного нагрева аммиака и воздуха; высокая вероятность достижения пиковых температур газа, возможно превышающих пределы прочности материала, нестабильное протекание процесса и, как следствие, низкая безопасность эксплуатации. Для запуска реактора применяют электронагревательные элементы.The disadvantage of this device is the high temperature preheating of ammonia and air; high probability of reaching peak gas temperatures, possibly exceeding the strength limits of the material, unstable flow of the process and, as a result, low operational safety. Electric heating elements are used to start the reactor.
Известен способ получения водородсодержащей газовой смеси из аммиака, которая может использоваться в качестве топлива для отопления зданий или в теплоэнергетике (ЕР 3059206 B1, С01В 3/4, 24.08.2018). Устройство представляет собой циркуляционный реактор. Водород, являясь конечным продуктом разложения аммиака, частично возвращается на вход в реактор, обеспечивая, таким образом, достаточно высокую температуру для надежного зажигания аммиачно-кислородной смеси. Энергия, необходимая для разложения аммиака, образуется, в основном, за счет окисления водорода, которое происходит на катализаторе, в качестве которого для предотвращения потерь давления обычно используют монолитные блоки.A method is known for producing a hydrogen-containing gas mixture from ammonia, which can be used as a fuel for heating buildings or in thermal power engineering (EP 3059206 B1, C01B 3/4, 08/24/2018). The device is a circulation reactor. Hydrogen, being the final product of ammonia decomposition, is partially returned to the reactor inlet, thus providing a sufficiently high temperature for reliable ignition of the ammonia-oxygen mixture. The energy required for the decomposition of ammonia is generated mainly due to the oxidation of hydrogen, which occurs on the catalyst, which is usually used as monolithic blocks to prevent pressure losses.
Недостатком данного способа является то, что для обеспечения температуры, необходимой для безопасного воспламенения аммиачно-кислородной смеси, нужен точный контроль за скоростью циркуляции газового потока во избежание попадания излишнего количества водорода в реактор. Кроме того, излишне высокая концентрация окислителя приводит к достижению чрезмерных температур на катализаторе, что может привести к его повреждению и поломке реактора.The disadvantage of this method is that in order to provide the temperature necessary for the safe ignition of the ammonia-oxygen mixture, precise control of the circulation rate of the gas flow is needed to avoid excessive hydrogen entering the reactor. In addition, an excessively high concentration of oxidant leads to excessive temperatures on the catalyst, which can lead to damage and damage to the reactor.
Техническое решение по патенту РФ на изобретение №2743174, B01D 53/73, 30.11.2020, позволяет использовать аммиак и продукты его горения в качестве возобновляемого топлива для энергоблока и обеспечивает снижение потребления ископаемого углеводородного топлива. Способ включает выделение из газовых выбросов энергоблока воды, N2, NOx-газов, подачу выделенных газов в кавитатор воды, подачу полученного раствора аммиака в воде в ректификатор аммиака, выделение газообразного аммиака и подачу его на смешение с ископаемым углеводородом для использования в качестве топлива энергоблока. Продукты сгорания аммиака, азот и воду, используют в замкнутом топливном цикле энергоблока.The technical solution according to the RF patent for the invention No. 2743174, B01D 53/73, 11/30/2020, allows the use of ammonia and its combustion products as a renewable fuel for the power unit and reduces the consumption of fossil hydrocarbon fuels. The method includes separating water, N 2 , NO x gases from the gas emissions of the power unit, supplying the emitted gases to a water cavitator, supplying the resulting ammonia solution in water to an ammonia rectifier, separating gaseous ammonia and supplying it for mixing with fossil hydrocarbons for use as fuel power unit. The combustion products of ammonia, nitrogen and water, are used in the closed fuel cycle of the power unit.
Недостатком работы данного устройства является обязательно условие по использованию в качестве топлива энергоблока ископаемых углеводородов, что приводит к выбросам углекислого газа.The disadvantage of this device is a mandatory condition for the use of fossil hydrocarbons as fuel, which leads to carbon dioxide emissions.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является каталитический реактор, описанный в патенте JP 2019167265 А, С01В 3/04, 03.10.2019. Реактор используется для получения водорода путем разложения аммиака. Устройство для разложения аммиака содержит каталитический реактор с катализатором, нагревательный элемент, подводящие и отводящие патрубки, катализаторы выполнены на основе рутения и никеля для низкотемпературного и высокотемпературного процессов разложения аммиака. Тепло, необходимое для разложения, подается бесконтактным теплоносителем.The closest to the claimed technical solution is the catalytic reactor described in the patent JP 2019167265 A, C01B 3/04, 03.10.2019. The reactor is used to produce hydrogen by decomposition of ammonia. Device for decomposition of ammonia contains a catalytic reactor with a catalyst, a heating element, inlet and outlet pipes, catalysts are made on the basis of ruthenium and nickel for low-temperature and high-temperature processes of ammonia decomposition. The heat required for decomposition is supplied by a non-contact heat carrier.
Недостатком такого реактора является необходимость использования внешнего источника тепла для поддержания температуры теплоносителя для повышения скорости реакции, так как температура на входе в реактор ниже, чем температура на выходе, что требует циркулирования большого количества теплоносителя. Недостатком данного способа является то, что приведенное технологическое решение приводит к существенному снижению тепловой эффективности процесса разложения аммиака.The disadvantage of such a reactor is the need to use an external heat source to maintain the temperature of the coolant to increase the reaction rate, since the temperature at the inlet to the reactor is lower than the outlet temperature, which requires the circulation of a large amount of coolant. The disadvantage of this method is that the given technological solution leads to a significant decrease in the thermal efficiency of the ammonia decomposition process.
Задачей настоящего изобретения является создание эффективного экологически чистого устройства для получения водородсодержащей смеси за счет реакции каталитического разложения аммиака.The objective of the present invention is to create an efficient environmentally friendly device for producing a hydrogen-containing mixture through the reaction of the catalytic decomposition of ammonia.
Техническим результатом настоящего изобретения является получение водородсодержащей смеси из аммиака, при котором минимизируется образование побочных продуктов в отходящих газах.The technical result of the present invention is to obtain a hydrogen-containing mixture from ammonia, which minimizes the formation of by-products in the exhaust gases.
Технический результат достигается тем, что устройство для получения водородсодержащей смеси из аммиака, содержащее каталитический реактор с катализатором, нагревательный элемент, подводящие и отводящие патрубки, согласно заявляемому изобретению снабжено соединенным с каталитическим реактором противоточным теплообменником с водяным охлаждением, каталитический реактор снабжен теплоизоляционным корпусом и выполнен в виде установленных внутри теплоизоляционного корпуса блока нагрева аммиака и блока каталитического разложения аммиака, включающих каждый попарно коаксиально и вертикально установленные внешнюю и внутреннюю трубы, межтрубное пространство между наружной и внутренней трубами блока каталитического разложения аммиака сообщено с межтрубным пространством блока нагрева аммиака газоходным коллектором, в верхней части наружной трубы блока нагрева аммиака выполнен отводящий патрубок, нижние концы внутренних труб каждого блока соединены между собой дополнительным коллектором, на верхнем конце внутренней трубы блока нагрева аммиака установлен впускной полуниппель подвода аммиака, внутри верхней части внутренней трубы блока нагрева аммиака установлен распределительный элемент, а ее внутреннее пространство ниже распределительного элемента заполнено капиллярно-пористым телом, на входе в нижнюю часть внутренней трубы блока каталитического разложения аммиака установлен дополнительный распределительный элемент, выше дополнительного распределительного элемента внутри внутренней трубы блока каталитического разложения аммиака установлен катализатор разложения аммиака, а верхний конец внутренней трубы блока каталитического разложения аммиака соединен трубопроводом со входом противоточного теплообменника, в нижней части внешней трубы блока каталитического разложения аммиака выполнен подводящий патрубок, снабженный рефлектором, нагревательным элементом, катализатором окисления аммиака и впускными полуниппелями подвода аммиака, газовой смеси и продуктов разложения аммиака, а один из полуниппелей соединен с выходом противоточного теплообменника.The technical result is achieved by the fact that the device for producing a hydrogen-containing mixture from ammonia, containing a catalytic reactor with a catalyst, a heating element, inlet and outlet pipes, according to the claimed invention, is equipped with a countercurrent water-cooled heat exchanger connected to the catalytic reactor, the catalytic reactor is equipped with a heat-insulating casing and is made in in the form of an ammonia heating unit and a catalytic ammonia decomposition unit installed inside the heat-insulating housing, each including pairs of coaxially and vertically installed outer and inner pipes, the annular space between the outer and inner pipes of the catalytic decomposition unit of ammonia communicates with the annular space of the ammonia heating unit by a gas duct collector, in the upper part Outlet pipe is made in the outer pipe of the ammonia heating block, the lower ends of the inner pipes of each block are interconnected by an additional manifold, an inlet half-nipple for ammonia supply is installed at the upper end of the inner pipe of the ammonia heating block, a distribution element is installed inside the upper part of the inner pipe of the ammonia heating block, and its inner the space below the distribution element is filled with a capillary-porous body, an additional distribution element is installed at the inlet to the lower part of the inner tube of the catalytic decomposition unit of ammonia, an ammonia decomposition catalyst is installed above the additional distribution element inside the inner tube of the catalytic decomposition unit of ammonia, and the upper end of the inner tube of the catalytic decomposition unit ammonia is connected by a pipeline to the inlet of a counterflow heat exchanger, in the lower part of the outer pipe of the block of catalytic decomposition of ammonia there is an inlet pipe equipped with a reflector, a heating element, an ammonia oxidation catalyst and inlet half-nipples for supplying ammonia, a gas mixture and ammonia decomposition products, and one of the half-nipples is connected to the outlet counterflow heat exchanger.
Преимущественно устройство для получения водородсодержащей смеси из аммиака снабжено термопарами, установленными в местах входа и выхода газовой смеси, установки нагревательного элемента, катализаторов окисления и разложения аммиака, а также по ходу перемещения водородсодержащей смеси.Preferably, the device for producing a hydrogen-containing mixture from ammonia is equipped with thermocouples installed at the points of entry and exit of the gas mixture, the installation of a heating element, catalysts for the oxidation and decomposition of ammonia, and also along the movement of the hydrogen-containing mixture.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид устройства для получения водородсодержащей смеси из аммиака.The essence of the invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the device for producing a hydrogen-containing mixture from ammonia.
Устройство для получения водородсодержащей смеси из аммиака снабжено каталитическим реактором 1, имеющим подводящие и отводящие патрубки и соединенным с противоточным теплообменником 2 с водяным охлаждением. Каталитический реактор 1 снабжен теплоизоляционным корпусом 3 и выполнен в виде двух блоков, соединенных между собой газоходным коллектором 4 и дополнительным коллектором 5, при этом каждый из блоков содержит попарно коаксиально установленные вертикальные трубы, образующие каналы.The device for producing a hydrogen-containing mixture from ammonia is equipped with a catalytic reactor 1 having inlet and outlet pipes and connected to a water-cooled counterflow heat exchanger 2. The catalytic reactor 1 is provided with a heat-insulating housing 3 and is made in the form of two blocks interconnected by a gas duct collector 4 and an additional collector 5, each of the blocks contains vertical pipes arranged in pairs coaxially, forming channels.
Внутренняя труба 6 первого блока - блока нагрева аммиака - заполнена капиллярно-пористым телом 7. В верхней части внешней трубы 8 бока нагрева аммиака выполнен сообщающийся с межтрубным пространством между внутренней 6 и наружной 8 трубами отводящий патрубок 9. На верхнем конце внутренней трубы 6 блока нагрева аммиака герметично установлен впускной полуниппель 10 подвода аммиака и внутренний распределительный элемент 11.The inner pipe 6 of the first block - the ammonia heating block - is filled with a capillary-porous body 7. In the upper part of the outer pipe 8 of the ammonia heating side, a discharge pipe 9 is made communicating with the annular space between the inner 6 and outer 8 pipes. At the upper end of the inner pipe 6 of the heating block ammonia, the inlet half-nipple 10 for the supply of ammonia and the internal distribution element 11 are hermetically installed.
Блок каталитического разложения аммиака реактора 1 содержит коаксиально установленные внутреннюю 12 и внешнюю 13 трубы. В нижней части внешней трубы 13 блока каталитического разложения аммиака выполнен подводящий патрубок 14, сообщающийся с межтрубным пространством между внешней 13 и внутренней 12 трубами. На торцевой заглушке подводящего патрубка 14 установлены два полуниппеля 15 подвода аммиака, газовой смеси и продуктов разложения аммиака, один из которых подключен к выходу противоточного теплообменника 2 с водяным охлаждением. Снаружи подводящего патрубка 14 установлен цилиндрический электрический нагревательный элемент 16, снабженный термоизолирующим покрытием, а на входе внутри подводящего патрубка 14 установлены рефлектор 17 и катализатор 18 окисления аммиака. Внутри нижнего конца внутренней трубы 12 блока каталитического разложения аммиака установлен дополнительный распределительный элемент 19, выше которого на всю высоту внутренней трубы 12 установлен катализатор 20 разложения аммиака, а верхний конец внутренней трубы 12 блока каталитического разложения аммиака соединен со входом противоточного теплообменника 2 с водяным охлаждением. Газоходный коллектор 4 верхним концом сообщен в верхней части наружной трубы 13 блока каталитического разложения аммиака с межтрубным пространством труб блока каталитического разложения аммиака, а нижним концом - с полостью между трубами блока нагрева аммиака в нижней части наружной трубы 8. Внутренние трубы 12 блока каталитического разложения аммиака и 6 блока нагрева аммиака сообщены между собой дополнительным коллектором 5, связывающим нижние концы внутренних труб блоков.Block catalytic decomposition of ammonia reactor 1 contains coaxially installed inner 12 and outer 13 pipes. In the lower part of the outer pipe 13 of the block of catalytic decomposition of ammonia, an inlet pipe 14 is made, which communicates with the annular space between the outer 13 and inner 12 pipes. On the end cap of the inlet pipe 14, two half-nipples 15 for supplying ammonia, gas mixture and ammonia decomposition products are installed, one of which is connected to the outlet of a counterflow heat exchanger 2 with water cooling. Outside the inlet pipe 14, a cylindrical electric heating element 16 is installed, provided with a thermally insulating coating, and at the inlet inside the inlet pipe 14, a reflector 17 and an ammonia oxidation catalyst 18 are installed. An additional distribution element 19 is installed inside the lower end of the inner tube 12 of the ammonia catalytic decomposition unit, above which an ammonia decomposition catalyst 20 is installed to the entire height of the inner tube 12, and the upper end of the inner tube 12 of the ammonia catalytic decomposition unit is connected to the inlet of a counterflow heat exchanger 2 with water cooling. The upper end of the gas manifold 4 is connected in the upper part of the outer pipe 13 of the catalytic decomposition of ammonia with the annulus of the pipes of the catalytic decomposition of ammonia, and the lower end is connected with the cavity between the pipes of the heating block of ammonia in the lower part of the outer pipe 8. Inner pipes 12 of the catalytic decomposition of ammonia and 6 ammonia heating blocks are interconnected by an additional manifold 5 connecting the lower ends of the inner tubes of the blocks.
Устройство для получения водородсодержащей смеси из аммиака снабжено термопарами «Т» (на чертеже обозначены как Т1 - температура аммиака на выходе из блока нагрева аммиака, Т2 - температура аммиака на входе в блок каталитического разложения, Т3 -температура на выходе из каталитического реактора, Т4 - температура на входе в блок каталитического разложения, Т5 - температура на выходе из блока нагрева аммиака, Т6 - температура катализатора 18 окисления аммиака), установленными в местах входа и выхода газовой смеси, установки нагревательного элемента 16, катализаторов 18 окисления и 20 разложения аммиака, а также по ходу перемещения водородсодержащей смеси.The device for producing a hydrogen-containing mixture from ammonia is equipped with thermocouples "T" (in the drawing they are indicated as T1 - ammonia temperature at the outlet of the ammonia heating unit, T2 - ammonia temperature at the inlet to the catalytic decomposition unit, T3 - temperature at the outlet of the catalytic reactor, T4 - temperature at the inlet to the catalytic decomposition unit, T5 is the temperature at the outlet of the ammonia heating unit, T6 is the temperature of the ammonia oxidation catalyst 18) installed at the inlet and outlet points of the gas mixture, installation of the heating element 16, oxidation catalysts 18 and 20 decomposition of ammonia, and also along the movement of the hydrogen-containing mixture.
Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.
Первоначальный разогрев устройства осуществляется нагревательным элементом 16, который разогревает участок подводящего патрубка 14, где установлен катализатор 18 окисления аммиака, температура которого контролируется по термопаре Т6. Через полуниппель 15 на катализатор 18 окисления аммиака с установленным перед ним рефлектором 17 подают смесь аммиака с воздухом, контролируя процесс окисления аммиака, газовой смеси и продуктов его разложения по термопаре Т4. Генерируемые отходящие газы после катализатора 18 окисления аммиака поступают в нижнюю часть внешней трубы 13 блока каталитического разложения и поднимаются вверх по кольцевому зазору (межтрубному пространству) между внешней 13 и внутренней 12 трубами блока каталитического разложения, омывая и нагревая внутреннюю трубу 12 и находящийся в ней катализатор 20 разложения аммиака, а затем из верхней части наружной трубы 13 поступает через газоходный коллектор 4 в нижнюю часть межтрубного пространства (полости) между внешней трубой 8 и внутренней трубой 6 блока нагрева аммиака, прогревая находящийся внутри внутренней трубы 6 первого блока капиллярно-пористое тело 7 и каталитический реактор 1 разложения аммиака в целом до рабочих температур 500-700°С.The initial heating of the device is carried out by the heating element 16, which heats up the section of the inlet pipe 14, where the ammonia oxidation catalyst 18 is installed, the temperature of which is controlled by thermocouple T6. Through a half-nipple 15, a mixture of ammonia with air is supplied to the catalyst 18 for the oxidation of ammonia with a reflector 17 installed in front of it, controlling the process of oxidation of ammonia, the gas mixture and its decomposition products by thermocouple T4. The generated exhaust gases after the ammonia oxidation catalyst 18 enter the lower part of the outer pipe 13 of the catalytic decomposition unit and rise up the annular gap (annular space) between the outer 13 and 12 inner tubes of the catalytic decomposition unit, washing and heating the inner tube 12 and the catalyst located in it 20 ammonia decomposition, and then from the upper part of the outer pipe 13 flows through the gas manifold 4 into the lower part of the annular space (cavity) between the outer pipe 8 and the inner pipe 6 of the ammonia heating unit, heating the capillary-porous body 7 located inside the inner pipe 6 of the first block and a catalytic reactor 1 for the decomposition of ammonia as a whole up to operating temperatures of 500-700°C.
Аммиак, подаваемый через полу ниппель 10, поступает во внутреннюю трубу 6 блока нагрева аммиака и, проходя через распределительный элемент 11, вступает в контакт с капиллярно-пористым телом 7, в результате чего увеличивается площадь нагреваемого аммиака. Нагрев аммиака в капиллярно-пористом теле 7 происходит за счет тепла отходящих газов, поступающих от подводящего патрубка 14, установленного в нижней части внешней трубы 13 блока каталитического разложения, в котором установлен нагревательный элемент 16 и катализатор 18 окисления аммиака, через межтрубное пространство блока каталитического разложения и газоходный коллектор 4 в межтрубное пространство блока нагрева аммиака и отводимых из каталитического реактора 1 через отводящий патрубок 9, выполненный в верхней части внешней трубы 8 блока нагрева аммиака. Нагретый во внутренней трубе 6 блока нагрева аммиак поступает через дополнительный коллектор 5 в блок каталитического разложения каталитического реактора 1 и, проходя через дополнительный распределительный элемент 19, попадает на катализатор 20 разложения аммиака, где происходит образование водородсодержащей смеси, температура которой контролируется термопарой Т3.Ammonia supplied through the floor nipple 10 enters the inner pipe 6 of the ammonia heating unit and, passing through the distribution element 11, comes into contact with the capillary-porous body 7, resulting in an increase in the area of heated ammonia. The heating of ammonia in the capillary-porous body 7 occurs due to the heat of the exhaust gases coming from the inlet pipe 14 installed in the lower part of the outer pipe 13 of the catalytic decomposition unit, in which the heating element 16 and the ammonia oxidation catalyst 18 are installed, through the annulus of the catalytic decomposition unit and a gas duct collector 4 into the annular space of the ammonia heating unit and discharged from the catalytic reactor 1 through the outlet pipe 9, made in the upper part of the outer pipe 8 of the ammonia heating unit. The ammonia heated in the inner pipe 6 of the heating unit enters through the additional manifold 5 into the catalytic decomposition unit of the catalytic reactor 1 and, passing through the additional distribution element 19, enters the ammonia decomposition catalyst 20, where a hydrogen-containing mixture is formed, the temperature of which is controlled by a thermocouple T3.
Смесь водорода и азота после выхода из каталитического реактора 1 разложения аммиака поступает в противоточный теплообменник 2 с водяным охлаждением, где охлаждается и направляется через патрубок 21 выхода продуктов разложения на целевое использование и/или частично поступает через полуниппель 15 на вход внутрь подводящего патрубка 14, на котором установлен нагревательный элемент 16.The mixture of hydrogen and nitrogen, after exiting the catalytic reactor 1 of ammonia decomposition, enters the counterflow heat exchanger 2 with water cooling, where it is cooled and sent through the outlet pipe 21 of the decomposition products to the intended use and / or partially enters through the half-nipple 15 to the inlet inside the inlet pipe 14, to which the heating element 16 is installed.
Коаксиально установленные трубы представляют собой конструкцию «труба в трубе» с установленным во внутренней трубе 6 первого блока капиллярно-пористым телом 7, предназначенным для увеличения поверхности теплообмена и обогреваемым через стенку внутренней трубы 6 теплом отходящих газов для испарения и нагрева аммиака. Равномерная подача испаренного аммиака в катализатор 20 разложения аммиака, заполняющий внутренний объем внутренней трубы 12 второго блока, достигается с помощью применения дополнительного распределительного элемента 19.Coaxially installed pipes are a “pipe in pipe” design with a capillary-porous body 7 installed in the inner pipe 6 of the first block, designed to increase the heat exchange surface and heated through the wall of the inner pipe 6 with the heat of exhaust gases to evaporate and heat ammonia. Uniform supply of evaporated ammonia to the ammonia decomposition catalyst 20, which fills the internal volume of the inner tube 12 of the second block, is achieved by using an additional distribution element 19.
Цилиндрический нагревательный элемент 16, охватывающий снаружи подводящий патрубок 14, обеспечивает необходимый тепловой поток для испарения и нагрева аммиака, нагрева катализатора 18 окисления аммиака, катализатора 20 разложения аммиака и проведения реакции разложения аммиака, используемого в процессе теплогенерирующей реакции. Благодаря катализатору 18 окисления аммиака и нагревательному элементу 16 происходит теплогенерирующая реакция от окисления аммиака и/или продуктов разложения аммиака, что является отличительным признаком. При этом минимизируется образование побочных продуктов в отходящих газах.Cylindrical heating element 16, surrounding the inlet 14 from the outside, provides the necessary heat flow for evaporating and heating ammonia, heating the ammonia oxidation catalyst 18, the ammonia decomposition catalyst 20, and carrying out the decomposition reaction of the ammonia used in the heat generating reaction process. Owing to the ammonia oxidation catalyst 18 and the heating element 16, a heat-generating reaction occurs from the oxidation of ammonia and/or ammonia decomposition products, which is a characteristic feature. This minimizes the formation of by-products in the exhaust gases.
Теплоизоляционный корпус 3 каталитического реактор 1 снижает тепловые потери устройства получения водородсодержащего газа.The heat-insulating housing 3 of the catalytic reactor 1 reduces the heat loss of the device for producing hydrogen-containing gas.
Предлагаемая конструкция позволяет на входе блока каталитического разложения генерировать тепло за счет функционирования катализатора 18 окисления аммиака, на котором происходит каталитическая реакция за счет окисления аммиака и/или продуктов его разложения.The proposed design allows to generate heat at the inlet of the catalytic decomposition unit due to the operation of the ammonia oxidation catalyst 18, on which the catalytic reaction occurs due to the oxidation of ammonia and/or its decomposition products.
Таким образом, в предложенном устройстве газы, нагреваемые нагревательным элементом 16, установленным на подводящем патрубке 14 блока каталитического разложения, применяются как для компенсации теплоты эндотермической реакции разложения аммиака на водород и азот, так и для подогрева аммиака перед слоем катализатора 18 окисления аммиака, что позволяет эффективно утилизировать генерируемое тепло и получать водородсодержащую смесь. Противоточный теплообменник 2 с водяным охлаждением позволяет достигать заданной температуры водородсодержащей смеси, для последующего ее использования, например, для генерации электроэнергии в топливных элементах.Thus, in the proposed device, the gases heated by the heating element 16 installed on the inlet pipe 14 of the catalytic decomposition unit are used both to compensate for the heat of the endothermic reaction of the decomposition of ammonia into hydrogen and nitrogen, and to heat the ammonia in front of the catalyst layer 18 for the oxidation of ammonia, which allows effectively utilize the generated heat and obtain a hydrogen-containing mixture. The water-cooled counterflow heat exchanger 2 makes it possible to reach a predetermined temperature of the hydrogen-containing mixture for its subsequent use, for example, for generating electricity in fuel cells.
Пример 1. Проведены испытания предлагаемого технического решения. Результаты испытаний устройства при каталитическом разложении аммиака приведены в Таблице.Example 1. The proposed technical solution was tested. The test results of the device in the catalytic decomposition of ammonia are shown in the Table.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2801525C1 true RU2801525C1 (en) | 2023-08-10 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2173295C2 (en) * | 1997-03-12 | 2001-09-10 | Саес Джеттерс С.П.А. | Getter materials for ammonia cracking |
| EP3059206A1 (en) * | 2015-02-20 | 2016-08-24 | Gerhard Wannemacher | Method for the manufacture of a fuel in the form of a combustible, hydrogen-containing gas mixture by means of ammonia cracking |
| JP2019167265A (en) * | 2018-03-23 | 2019-10-03 | 三菱重工エンジニアリング株式会社 | Ammonia decomposition device |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2173295C2 (en) * | 1997-03-12 | 2001-09-10 | Саес Джеттерс С.П.А. | Getter materials for ammonia cracking |
| EP3059206A1 (en) * | 2015-02-20 | 2016-08-24 | Gerhard Wannemacher | Method for the manufacture of a fuel in the form of a combustible, hydrogen-containing gas mixture by means of ammonia cracking |
| JP2019167265A (en) * | 2018-03-23 | 2019-10-03 | 三菱重工エンジニアリング株式会社 | Ammonia decomposition device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| САВОСТЬЯНОВ А.П. и др. Водородная энергетика и технологии. Аммиак - аккумулятор и средство доставки водорода // ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ, 2021, N. 1, стр.50-55. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2415073C2 (en) | Compact reforming reactor | |
| RU2411075C2 (en) | Compact reforming reactor | |
| RU2424847C2 (en) | Internal combustion heat exchange reactor for endothermic reaction in fixed bed | |
| US6645443B1 (en) | Device for reforming educts containing hydrocarbons | |
| CN100446324C (en) | Reformer of fuel cell system | |
| JP2002510272A (en) | Method and apparatus for autothermal reforming of hydrocarbons | |
| JP2002187705A (en) | Single tube cylindrical reformer | |
| JP2004224690A (en) | New partial oxidation reactor | |
| JP2001021278A (en) | Heat source having combustion chamber and heat exchanger | |
| CN111661818A (en) | Integrated hydrogen production reactor for autothermal reforming of hydrocarbon | |
| JP3921477B2 (en) | Single tube cylindrical reformer and its operating method | |
| RU2801525C1 (en) | Device for obtaining a hydrogen-containing mixture from ammonia | |
| KR101870026B1 (en) | Reactor reforming for liquid hydrocarbon fuel | |
| WO2015198186A1 (en) | An autothermal reformer reactor and a feeding system thereof | |
| RU2372277C1 (en) | Method of producing hydrogen and device to this end | |
| KR101220120B1 (en) | High efficient Autothermal Reformer with inner preheater | |
| WO2005077820A1 (en) | Fuel reformer | |
| JP2002053306A (en) | Device for producing hydrogen and fuel cell system using the same | |
| KR101194244B1 (en) | Steam reformer | |
| KR20160045738A (en) | Multitube reformer for a hydrocarbon- and alcohol-reforming system and hydrocarbon- and alcohol-reforming system comprising same, and associated method | |
| JP2004123464A (en) | Steam reformer | |
| JP2004075435A (en) | Fuel reforming device | |
| JP4641115B2 (en) | CO remover | |
| RU176514U1 (en) | NATURAL GAS CONVERTER MONOBLOCK WITH HEAT EXCHANGE EQUIPMENT AND HIGH-TEMPERATURE STEAM GENERATOR | |
| JP2007031249A (en) | Reformer |