一种氨分解合成气发电系统

1.本发明属于发电技术领域，特别是涉及一种氨分解合成气发电系统。


背景技术：

2.随着全球经济的快速发展，气候变化与能源紧缺已是不争的事实。国际社会日益达成共识，为解决能源与气候问题，发展低碳经济和新型能源已经成为解决该问题的主要手段。氨作为零碳化合物，同时具备很高的能量密度。氨可完全由如水、电、空气等可再生能源生产，可以说氨是一种低碳、无污染、环境友好型能源，此外氨的价格相对低廉，安全性很高，更是氢能载体。因此，基于氨的以上特性，且在环保需求持续高涨的背景下，氨也得到了来自能源产业的极大关注。
3.然而氨作为燃料含有诸多问题亟待解决。氨在氧气中完全燃烧时仅排放氮气和水，但是在实际工作中氨很难实现完全燃烧，氨燃料在燃机中的不完全燃烧会导致尾气排放中含有大量氮氧化物，且纯氨燃料的热值比较低，需要的点火能量较高，这会使得纯氨燃烧更加困难。
4.相较于传统以空气为工质的涡轮，在相同的进气总温、总压和落压比条件下，以氢气为工质的涡轮具有更大做功量。氨气作为氢能载体，其储氢质量分数高达17.6％，体积储氢密度高，可再生且存储方便，是理想的储氢介质。因此可通过氨分解获得包含氢气的合成气推动涡轮做功发电。
5.氨气的分解主要有三种方式：电化学法、机械化学法以及热分解或催化裂解法。对于氨分解合成气中氢气的提纯方法有变压吸附法、膜分离技术以及深冷吸附法，其中变压吸附法技术成熟，氢气纯度可达99.999％，能耗低，装置占地面积和装置投资较低。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明旨在提出一种氨分解合成气发电系统,以解决氨作为燃料时纯氨燃烧所带来的尾气污染以及氨燃料发电效率低的问题。
7.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种氨分解合成气发电系统，它包括液氨供给装置、换热器、氨气裂解装置、涡轮和发电机，所述液氨供给装置，所述换热器设有冷端与热端，所述液氨供给装置、换热器的冷端、氨气裂解装置、涡轮和发电机依次连接，所述涡轮的排气出口与换热器的热端连接。
8.更进一步的，所述换热器的热端的出口连接有变压吸附装置。
9.更进一步的，所述涡轮与发电机同轴相连，所述涡轮驱动发电机运行。
10.更进一步的，所述发电机的输出端分别与用电器和变压吸附装置相连。
11.更进一步的，所述氨气裂解装置内通入有热源。
12.更进一步的，所述氨气裂解装置内设有氨气裂解催化剂。
13.更进一步的，所述变压吸附装置内设有吸附剂。
14.更进一步的，所述换热器的种类包括管壳式换热器、板翅式换热器、板式换热器、
套管式换热器、热管换热器、冷凝器和冷却塔。
15.更进一步的，所述涡轮的种类包括向心涡轮和轴流涡轮。
16.更进一步的，吸附剂包括氧化铝、分子筛、活性炭和硅胶。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.1、本发明对氨分解后高温高压的氮气、氢气以及少量氨气的合成气进行利用，推动涡轮做功发电，增加了系统发电量；
19.2、本发明对涡轮排出的高温合成气进行余热利用，通过换热器对液氨进行气化预热，降低系统热量损失，提升发电系统效率；
20.3、本发明通过利用生产生活中的高温废热对氨气进行催化裂解，省去燃烧环节，简化发电系统，避免了纯氨燃烧所带来的尾气污染问题，同时增加发电量；
21.4、本发明对涡轮排出的合成气通过变压吸附装置提纯氢气加以利用，达到供电和氢气制备目的。
附图说明
22.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1为本发明所述的一种氨分解合成气发电系统的整体结构示意图。
24.1-液氨供给装置，2-换热器，3-氨气裂解装置，4-涡轮，5-发电机，6-变压吸附装置。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
26.参见图1说明本实施方式，一种氨分解合成气发电系统，它包括液氨供给装置1、换热器2、氨气裂解装置3、涡轮4和发电机5，所述液氨供给装置1，所述换热器2设有冷端与热端，所述液氨供给装置1、换热器2的冷端、氨气裂解装置3、涡轮4和发电机5依次连接，所述涡轮4的排气出口与换热器2的热端连接。
27.本实施例中液氨供给装置1为整个发电系统提供原料，液氨供给装置1与换热器2相连通，液氨进入到换热器2后与涡轮4排出的合成气进行热量交换，液氨吸热气化并升温预热，其中，该液氨的气化潜热较高，在25℃和1.1mpa压力下，液氨的气化潜热达1166.68kj/kg，换热器2主要用来提供液氨气化所需热量，同时对涡轮4排出的合成气进行余热利用和降温，方便对合成气作进一步处理。
28.本实施例中所述换热器2可以是管壳式换热器、板翅式换热器、板式换热器、套管式换热器、热管换热器、冷凝器或冷却塔等。
29.本实施例中所述涡轮4的排气出口与换热器2的热端的进口相连，所述换热器2的热端的出口连接有变压吸附装置6，所述液氨供给装置1和氨气裂解装置3分别与换热器2的冷端的进口和出口相连，所述氨气裂解装置3内设有氨气裂解催化剂，所述氨气裂解装置3内通入有热源，本实施例中热源为高温热源，所述液氨与所述涡轮4排出的高温混合气进行
热交换使液氨气化升温。液氨经换热器2气化预热成氨气后，被送到氨气裂解装置3中，氨气在氨气裂解装置3中受到高温热源和催化剂作用下裂解成合成气。
30.本实施例中所述供给到氨气裂解装置3的高温热源可以是化工厂废热、电厂废热、垃圾焚烧废热等高温废热。对于生产生活废热的再利用达到了节能减排目的，且使该发电系统去除了燃烧过程，避免了纯氨燃烧所带来的尾气污染问题。
31.本实施例中所述氨气裂解催化剂可降低氨裂解反应所需温度，同时增加氨气裂解反应速率，氨气裂解催化剂可以是镍、铁、铑等其中的一种催化剂。
32.本实施例中所述氨气裂解合成气主要成分是氢气、氮气和少量未完全裂解的氨气。
33.本实施例中所述氨气裂解装置3与涡轮4相连通，包含氢气、氮气和少量氨气的高温高压氨分解合成气被送到涡轮4中推动涡轮叶片做功，涡轮4排出的合成气进入换热器2对液氨进行气化预热，涡轮排气的余热利用有助于提高整个发电系统的效率。换热后的合成气被送进变压吸附装置6中对合成气进行分离纯化得到氢气，所得氢气可供其他生产生活中使用。
34.本实施例中所述涡轮4可根据实际需求进行选择，可以是向心涡轮或轴流涡轮其中的一种。
35.本实施例中所述变压吸附装置6内设有吸附剂，变压吸附装置6产品纯度高、工艺简单、能耗低且吸附剂寿命长。变压吸附过程可以是常压解析或真空解析中的一种。变压吸附装置6中装填有活性氧化铝、分子筛、活性炭和硅胶等吸附剂，合成气经变压吸附过程后，氢气纯度可达99.999％。
36.本实施例中所述涡轮4与发电机5同轴相连，所述涡轮4驱动发电机5运行，所述发电机5的输出端分别与用电器和变压吸附装置6相连，发电机5与涡轮4同轴相连，涡轮4驱动发电机5输出电能。其中，少部分电能输送至变压吸附装置6，大部分电能向外用电器输出以供生产生活使用，从而达到供电和制氢功能相结合的目的。
37.以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。