一种自热式氨分解反应器

1.本实用新型涉及氨分解制氢技术领域，具体涉及一种自热式氨分解反应器。


背景技术：

2.氨分解制氢是一种化学反应，是指液氨加热至800～850℃，在镍基催化剂作用下，将氨进行分解，可以得到含75％h2、25％n2的氢氮混合气体。原料氨容易得到，价格低廉，原料消耗较少。因此通过氨催化分解制氢为燃料电池供氢是一条高效、可靠的途径。
3.中国专利cn110203882a公开了一种氨分解装置，其包括壳体、反应段及换热盘管，壳体包括依次连通的加热区和换热区；反应段包括依次连通设置的第一反应段和第二反应段，第一反应段设置于加热区内，第二反应段设置于换热区内；换热盘管依次螺旋缠绕于第二反应段和第一反应段的外壁上。其中，在加热区内且位于壳体内壁与第一反应段之间还设置有燃烧器，来自燃料罐的燃料进入燃烧器内燃烧，其生成的热用以维持第一反应段内的反应温度，同时燃烧产生的尾气进入换热区，用于对未进入第一反应段进行反应的氨气进行预热；并维持进入第二反应段的反应温度。然而，燃烧器的设置增大了氨分解装置的结构复杂程度，且明火燃烧不仅不利于温度控制，也限制了装置的应用场合，设备运行成本及后期设备维护的难度也随之增大。


技术实现要素：

4.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有氨分解装置的结构复杂且设备运行成本较高的缺陷，从而提供一种自热式氨分解反应器。
5.本实用新型提供一种自热式氨分解反应器，包括：
6.外套筒，包括分设于其两端的第一进气口和第一出气口；
7.内套筒，设置于所述外套筒内部，所述内套筒包括分设于其两端且延伸至所述外套筒外侧的第二进气口和第二出气口，所述内套筒内部填充有第一催化剂，所述内套筒与外套筒的间隙填充有第二催化剂，其中，所述第一催化剂与第二催化剂之一为氨分解催化剂，另一为催化燃烧催化剂；
8.所述第一进气口或第二进气口适于连通燃料气，所述燃料气适于与催化燃烧催化剂发生放热反应。
9.进一步地，所述催化燃烧催化剂为氢催化燃烧催化剂或氨催化燃烧催化剂，所述氢催化燃烧催化剂为mgal2o4、mn
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co
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ni/γ
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al2o3/堇青石、pt/γ
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o2/γ
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al2o3中的至少一种，所述氨催化燃烧催化剂为fe2o3、v2o5、cr2o3、moo
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中的至少一种；
10.所述氨分解催化剂为钌基氨分解催化剂、铁基氨分解催化剂或镍基氨分解催化剂。
11.进一步地，所述自热式氨分解反应器还包括，
12.保温材料，设置于所述外套筒外壁；
13.热电偶，贯穿所述外套筒外壁。
14.进一步地，所述第一进气口与所述第二进气口位于所述自热式氨分解反应器同侧，所述第一出气口与所述第二出气口位于所述自热式氨分解反应器同侧；或，
15.所述第一进气口与所述第二进气口位于所述自热式氨分解反应器异侧，所述第一出气口与所述第二出气口位于所述自热式氨分解反应器异侧。
16.进一步地，所述内套筒与外套筒的间隙径向设置有第一柱形挡板，所述第一柱形挡板与内套筒具有同一中心轴，所述第一柱形挡板靠近所述内套筒的一侧设置有若干孔洞，所述第一柱形挡板与外套筒的间隙形成第一流道，所述第一柱形挡板与内套筒的间隙形成第二流道，所述第一流道靠近所述第一进气口的一端开口，所述第一流道靠近第一出气口的一端封闭，所述第二流道靠近第一进气口的一端封闭，所述第二流道靠近第一出气口的一端开口。
17.进一步地，所述内套筒内部设置有进气管，所述进气管设置有若干孔洞，且所述进气管的一端与所述第二进气口连通，相对端密封设置。
18.进一步地，所述内套筒内部设置有进气管，所述进气管设置有若干孔洞，且所述进气管的一端与所述第二进气口连通，相对端密封设置。
19.进一步地，所述内套筒内部纵向设置有第二柱形挡板，所述第二柱形挡板与内套筒具有同一中心轴，所述第二柱形挡板内填充有钌基氨分解催化剂，所述第二柱形挡板与所述内套筒的间隙填充有镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂。
20.进一步地，所述内套筒内部纵向设置有若干第二柱形挡板，所述第二柱形挡板与内套筒具有同一中心轴，以形成具有同一中心轴的若干氨分解催化剂层，其中，沿所述内套筒至所述中心轴的方向上，
21.所述氨分解催化剂的适用温度逐层减小；和/或
22.所述氨分解催化剂的粒径逐渐减小或逐渐增大，后一层所述氨分解催化剂与前一层所述氨分解催化剂的粒径之比为0.25－4；和/或，
23.所述氨分解催化剂的孔道逐渐减小或逐渐增大，所述孔道为2nm－4000nm；和/或，
24.所述氨分解催化剂的孔隙率逐渐减小或逐渐增大，所述孔隙率为0.1－0.7。
25.进一步地，所述内套筒内设置有第一栅板，所述第一栅板与所述内套筒的内壁抵接，其中，所述第二进气口与所述第一栅板之间填充有镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂，所述第二出气口与所述第一栅板之间填充有钌基氨分解催化剂。
26.进一步地，所述内套筒内设置有若干第一栅板，所述第一栅板分别与所述内套筒的内壁抵接，以使所述内套筒内部形成若干氨分解催化剂层，其中，沿所述内套筒内气体流动的方向，
27.所述氨分解催化剂的适用温度逐层减小；和/或，
28.所述氨分解催化剂的粒径逐渐减小或逐渐增大，后一层所述氨分解催化剂与前一层所述氨分解催化剂的粒径之比为0.25－4；和/或，
29.所述氨分解催化剂的孔道逐渐减小或逐渐增大，所述孔道为2nm－4000nm；和/或，
30.所述氨分解催化剂的孔隙率逐渐减小或逐渐增大，所述孔隙率为0.1－0.7。
31.进一步地，所述内套筒与外套筒的间隙设置有第一栅板，所述第一栅板分别与所述内套筒的外壁、外套筒的内壁抵接，其中，所述第一进气口与所述第一栅板之间填充有镍
基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂，所述第一出气口与所述第一栅板之间填充有钌基氨分解催化剂。
32.进一步地，所述内套筒与外套筒的间隙设置有若干第一栅板，所述第一栅板分别与所述内套筒的外壁、外套筒的内壁抵接，以使所述内套筒与外套筒的间隙形成若干氨分解催化剂层，其中，所述内套筒与外套筒的间隙沿气体流动的方向，
33.所述氨分解催化剂的适用温度逐层减小；和/或，
34.所述氨分解催化剂的粒径逐渐减小或逐渐增大，后一层所述氨分解催化剂与前一层所述氨分解催化剂的粒径之比为0.25－4；和/或，
35.所述氨分解催化剂的孔道逐渐减小或逐渐增大，所述孔道为2nm－4000nm；和/或，
36.所述氨分解催化剂的孔隙率逐渐减小或逐渐增大，所述孔隙率为0.1－0.7。
37.进一步地，所述内套筒与外套筒的间隙纵向设置有第二柱形挡板，所述第二柱形挡板与内套筒具有同一中心轴，其中，所述第二柱形挡板与所述内套筒的间隙填充有镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂，所述第二柱形挡板与所述外套筒的间隙填充有钌基氨分解催化剂。
38.进一步地，所述内套筒与外套筒的间隙纵向设置有若干第二柱形挡板，所述第二柱形挡板与内套筒具有同一中心轴，以形成具有同一中心轴的若干氨分解催化剂层，其中，沿所述内套筒至所述外套筒的方向上，
39.所述氨分解催化剂的适用温度逐层减小；和/或
40.所述氨分解催化剂的粒径逐渐减小或逐渐增大，后一层所述氨分解催化剂与前一层所述氨分解催化剂的粒径之比为0.25－4；和/或，
41.所述氨分解催化剂的孔道逐渐减小或逐渐增大，所述孔道为2nm－4000nm；和/或，
42.所述氨分解催化剂的孔隙率逐渐减小或逐渐增大，所述孔隙率为0.1－0.7。
43.本实用新型技术方案，具有如下优点：
44.1.本实用新型提供的自热式氨分解反应器，包括外套筒及设置在其内部的内套筒，外套筒包括分设于其两端的第一进气口和第一出气口所述内套筒包括分设于其两端且延伸至所述外套筒外侧的第二进气口和第二出气口，所述内套筒内部填充有第一催化剂，所述内套筒与外套筒的间隙填充有第二催化剂，其中，所述第一催化剂与第二催化剂之一为氨分解催化剂，另一为催化燃烧催化剂，述第一进气口或第二进气口适于连通燃料气，所述燃料气适于与催化燃烧催化剂发生放热反应。
45.燃料气进入自热式氨分解反应器后在催化燃烧催化剂的作用下产生热量，并将燃烧废气排出；氨气进入自热式氨分解反应器后，在所述氨分解催化剂的作用下进行氨分解反应，反应过程所需的热量来自于燃料气的催化燃烧，因此，本装置仅需填充催化燃烧催化剂而不需额外设置燃烧器等产热装置即可进行氨分解反应，从而有效简化了装置结构，并降低了设备成本；同时，设备的后期维护过程也仅需更换催化燃烧催化剂，降低了设备维护的难度和工作量。
46.2.本实用新型提供的自热式氨分解反应器，通过填充催化燃烧催化剂为氨分解反应提供热量，与常规的热力燃烧法相比，催化燃烧所需的辅助燃料少，能量消耗低，因此降低了氨分解反应所需能耗，减少了氨分解反应的物料成本。
附图说明
47.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
48.图1为本实施例1中提供的自热式氨分解反应器的结构示意图；
49.图2为实施例3中提供的自热式氨分解反应器的结构示意图；
50.图3为实施例5中提供的自热式氨分解反应器的结构示意图；
51.图4为实施例7中提供的自热式氨分解反应器的结构示意图；
52.图5为实施例9中提供的第一种自热式氨分解反应器的结构示意图；
53.图6为实施例9中提供的第二种自热式氨分解反应器的结构示意图；
54.图7为实施例10中提供的第一种自热式氨分解反应器的结构示意图；
55.图8为实施例10中提供的第二种自热式氨分解反应器的结构示意图；
56.图9为实施例10中提供的第三种自热式氨分解反应器的结构示意图；
57.图10为实施例10中提供的第四种自热式氨分解反应器的结构示意图；
58.图11为实施例11中提供的一种自热式氨分解反应器的结构示意图；
59.图12为实施例12中提供的第一种自热式氨分解反应器的结构示意图；
60.图13为实施例12中提供的第二种自热式氨分解反应器的结构示意图；
61.附图标记说明：
62.1－外套筒；1－1－第一进气口；1－2－第一出气口；2－内套筒；2－1－第二进气口；2－2－第二出气口；3－第一柱形挡板；4－进气管；5－第二柱形挡板；6－第一栅板；7－保温材料；8－热电偶；9－第二栅板；10－进口流量计；11－出口收集器；12－气体分布器；13－取样管；14－隔板。
具体实施方式
63.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
64.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
65.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
66.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
67.实施例1
68.如图1所示，本实施例提供一种自热式氨分解反应器，包括：
69.外套筒1，包括分设于其两端的第一进气口1－1和第一出气口1－2；
70.内套筒2，设置于外套筒1内部，内套筒2包括分设于其两端且延伸至外套筒1外侧的第二进气口2－1和第二出气口2－2，内套筒2内部填充有氨分解催化剂，内套筒2与外套筒1的间隙填充有催化燃烧催化剂；
71.第一进气口1－1适于连通燃料气，燃料气适于与催化燃烧催化剂发生放热反应。
72.燃料气由第一进气口1－1进入内套筒2与外套筒1的间隙，在催化燃烧催化剂的作用下产生热量，并由第一出气口1－2将燃烧废气排出；氨气由第二进气口2－1进入内套筒2内部，在氨分解催化剂的作用下进行氨分解反应，反应过程所需的热量来自于燃料气的催化燃烧，生成物通过第二出气口2－2排出。因此，本装置仅需填充催化燃烧催化剂而不需额外设置燃烧器等产热装置即可进行氨分解反应，从而有效简化了装置结构，并降低了设备成本；同时，设备的后期维护过程也仅需更换催化燃烧催化剂，降低了设备维护的难度和工作量。
73.进一步地，催化燃烧催化剂为氢催化燃烧催化剂或氨催化燃烧催化剂，氢催化燃烧催化剂为mgal2o4、mn
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al2o3中的至少一种，氨催化燃烧催化剂为fe2o3、v2o5、cr2o3、moo
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中的至少一种；
74.氨分解催化剂为钌基氨分解催化剂、铁基氨分解催化剂或镍基氨分解催化剂。
75.作为一种可选的实施方式，第一进气口1－1与第二进气口2－1位于自热式氨分解反应器同侧，第一出气口1－2与第二出气口2－2位于自热式氨分解反应器同侧；或，第一进气口1－1与第二进气口2－1位于自热式氨分解反应器异侧，第一出气口1－2与第二出气口2－2位于自热式氨分解反应器异侧。
76.具体地，自热式氨分解反应器包括：
77.第二栅板9，靠近第二出气口2－2且与内套筒2内壁抵接，内套筒2与第二栅板9上方形成的空间用以填充氨分解催化剂，内套筒2与第二栅板9下方形成空腔，氨分解后的生成气由第二栅板9进入空腔，随后经第二出气口2－2排出；内套筒2与外套筒1的间隙也设置有第二栅板9，其靠近第一出气口1－2设置且分别与内套筒2外壁及外套筒1内壁抵接，其上方与内套筒2外壁及外套筒1内壁形成的空间用以填充催化燃烧催化剂；
78.保温材料7，设置于外套筒1外壁，从而降低了由燃料气催化燃烧产生的热量向外扩散的效率，从而提高了热量的利用率；
79.热电偶8，贯穿外套筒1外壁，用以对催化燃烧催化剂产生的温度进行监控，继而监控氨分解反应的正常进行；
80.进口流量计10，设置于第一进气口1－1和第二进气口2－1处，以分别对进入第一进气口1－1和第二进气口2－1的气体流量进行检测；
81.取样管13，设置于第一出气口1－2和第二出气口2－2处，以分别对第一出气口1－2和第二出气口2－2排出的气体进行检测；
82.气体分布器12，设置于第一进气口1－1处，以使进入内套筒2与外套筒1间隙的气
体分布均匀；
83.出口收集器11，设置于第一出气口1－2和第二出气口2－2处，以减小局部流动阻力。
84.实施例2
85.如图1所示，本实施例提供一种自热式氨分解反应器，其与实施例1提供的自热式氨分解反应器的不同之处在于：
86.内套筒2内部填充有催化燃烧催化剂，内套筒2与外套筒1的间隙填充有氨分解催化剂；
87.第二进气口2－1适于连通燃料气，燃料气适于与催化燃烧催化剂发生放热反应。
88.燃料气由第二进气口2－1进入内套筒2与外套筒1的间隙，在催化燃烧催化剂的作用下产生热量，并由第二出气口2－2将燃烧废气排出；氨气由第一进气口1－1进入内套筒2内部，在氨分解催化剂的作用下进行氨分解反应，反应过程所需的热量来自于燃料气的催化燃烧，生成物通过第一出气口1－2排出。因此，本装置仅需填充催化燃烧催化剂而不需额外设置燃烧器等产热装置即可进行氨分解反应，从而有效简化了装置结构，并降低了设备成本；同时，设备的后期维护过程也仅需更换催化燃烧催化剂，降低了设备维护的难度和工作量。
89.实施例3
90.如图2所示，本实施例提供一种自热式氨分解反应器，其与实施例1提供的自热式氨分解反应器的不同之处在于：
91.内套筒与外套筒的间隙径向设置有第一柱形挡板3，第一柱形挡板3与内套筒具有同一中心轴，第一柱形挡板3靠近内套筒的一侧设置有若干孔洞，第一柱形挡板3与外套筒的间隙形成第一流道，第一柱形挡板3与内套筒的间隙形成第二流道，第一流道靠近第一进气口的一端开口，第一流道靠近第一出气口的一端封闭，第二流道靠近第一进气口的一端封闭，第二流道靠近第一出气口的一端开口。燃料气从第一进气口1
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1进入内套筒2与外套筒1的间隙后进入第一流道，并由孔洞进入第二流道与催化燃烧催化剂参与反应，第一柱形挡板3及孔洞的设置增加了燃料气的横向流通程度，从而增大了燃料气的流通路径，使催化燃烧效率增大，最终增大了催化燃烧催化剂的产热量，促进了氨分解反应的进行。
92.具体的，第一柱形挡板3与外套筒的间隙靠近第一出气口1－2的一端设置有隔板以封闭该端，第一柱形挡板3与内套筒的间隙靠近第一进气口1－1的一侧设置有隔板以封闭该端，第一柱形挡板3与内套筒的间隙靠近第一出气口1－2的一端设置有栅板，使燃料气由栅板进入第二流道，由各孔洞进入催化燃烧催化剂后发生横向流通，随后经催化燃烧催化剂层靠近第一出气口1－2的一侧排出，并由第一出气口1－2排出。
93.进一步地，孔洞的总面积占第一柱形挡板3面积的10％－90％，孔径为0.5mm－25mm。孔洞的孔径与进入催化燃烧催化剂的燃料气的流速相关，继而与燃烧催化效率及产热量相关；而孔洞的密度则与进入第一流道的气体的顺利排出有关。通过设置该数值范围的密度和孔径，可以在保证一定的产热量的同时，使进入第一流道的气体顺利排出，避免造成安全隐患。
94.实施例4
95.如图2所示，本实施例提供一种自热式氨分解反应器，其与实施例3提供的自热式
氨分解反应器的不同之处在于：
96.内套筒2内部填充有催化燃烧催化剂，内套筒2与外套筒1的间隙填充有氨分解催化剂；
97.第二进气口2－1适于连通燃料气，燃料气适于与催化燃烧催化剂发生放热反应。
98.实施例5
99.如图3所示，本实施例提供一种自热式氨分解反应器，其与实施例1提供的自热式氨分解反应器的不同之处在于：
100.内套筒2内部设置有进气管4，进气管4设置有若干孔洞，且进气管4的一端与第二进气口2－1连通，相对端密封设置。氨气从第二进气口2－1进入进气管4后，由孔洞进入氨分解催化剂中参与反应，进气管4及孔洞的设置增加了氨气的横向流通程度，从而增大了氨气的流通路径，从而增大了氨分解效率。
101.具体的，进气管4远离第二进气口2－1的一端设置有隔板14以封闭该端管口，氨气从第二进气口2－1进入进气管4后，由孔洞进入氨分解催化剂后发生横向流通，随后经氨分解催化剂层靠近第二出气口2－2的一侧排出，并进入空腔，继而由第二出气口2－2排出。
102.进一步地，孔洞的总面积占进气管4面积的10％－90％，孔径为0.5mm－25mm。孔洞的孔径与进入氨分解催化剂层的氨气的流速相关，继而与氨分解效率相关；而孔洞的密度则与进入进气管4的气体的顺利排出有关。通过设置该数值范围的密度和孔径，可以在保证一定的氨分解效率的同时，使进入进气管4的气体顺利排出，避免造成安全隐患。
103.实施例6
104.如图3所示，本实施例提供一种自热式氨分解反应器，其与实施例5提供的自热式氨分解反应器的不同之处在于：
105.内套筒2内部填充有催化燃烧催化剂，内套筒2与外套筒1的间隙填充有氨分解催化剂；
106.第二进气口2－1适于连通燃料气，燃料气适于与催化燃烧催化剂发生放热反应。
107.实施例7
108.如图4所示，本实施例提供一种自热式氨分解反应器，其与实施例3提供的自热式氨分解反应器的不同之处在于：
109.内套筒2内部设置有进气管4，进气管4设置有若干孔洞，且进气管4的一端与第二进气口2－1连通，相对端密封设置。氨气从第二进气口2－1进入进气管4后，由孔洞进入氨分解催化剂中参与反应，进气管4及孔洞的设置增加了氨气的横向流通程度，从而增大了氨气的流通路径，从而增大了氨分解效率。
110.具体的，进气管4远离第二进气口2－1的一端设置有隔板14以封闭该端管口，氨气从第二进气口2－1进入进气管4后，由孔洞进入氨分解催化剂后发生横向流通，随后经氨分解催化剂层靠近第二出气口2－2的一侧排出，并进入空腔，继而由第二出气口2－2排出。
111.进一步地，孔洞的面积占进气管4面积的10％－90％，孔径为0.5mm－25mm孔洞的孔径与进入氨分解催化剂层的氨气的流速相关，继而与氨分解效率相关；而孔洞的密度则与进入进气管4的气体的顺利排出有关。通过设置该数值范围的密度和孔径，可以在保证一定的氨分解效率的同时，使进入进气管4的气体顺利排出，避免造成安全隐患。
112.实施例8
113.如图4所示，本实施例提供一种自热式氨分解反应器，其与实施例7提供的自热式氨分解反应器的不同之处在于：
114.内套筒2内部填充有催化燃烧催化剂，内套筒2与外套筒1的间隙填充有氨分解催化剂；
115.第二进气口2－1适于连通燃料气，燃料气适于与催化燃烧催化剂发生放热反应。
116.实施例9
117.如图5所示，本实施例提供一种自热式氨分解反应器，其与实施例1提供的自热式氨分解反应器的不同之处在于：
118.内套筒2内部纵向设置有第二柱形挡板5，第二柱形挡板5与内套筒2具有同一中心轴，第二柱形挡板5内填充有钌基氨分解催化剂，第二柱形挡板5与内套筒2的间隙填充有镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂。需要理解的是，第二柱形挡板5内填充的催化剂包括但不限于钌基氨分解催化剂，第二柱形挡板5与内套筒2的间隙填充的催化剂包括但不限于镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂，仅需使第二柱形挡板5内填充的氨分解催化剂的使用温度小于第二柱形挡板5与内套筒2的间隙填充的氨分解催化剂的使用温度即可。
119.氨分解的过程中需要吸收热量，从而导致沿着内套筒2壁指向第二柱形挡板5的方向，内套筒2中的温度逐渐降低。在反应器运行时，催化剂颗粒内部发生“反应－扩散”过程，由于颗粒内部组分扩散阻力的存在，使得催化剂颗粒内存在组分浓度梯度，当颗粒内扩散阻力影响很大时，反应物组分不能有效扩散至催化剂颗粒内部，造成催化剂利用率的下降。催化剂颗粒内组分扩散速率对催化剂性能的影响通常用效率因子来表示，理论分析表明，催化剂颗粒的效率因子通常随蒂勒模数增大而单调减小。而催化剂颗粒大小、孔道尺寸、孔隙率、颗粒表面氨分解转化率等因素均对蒂勒模数有影响，具体表现为：随着催化剂颗粒尺寸的增大，蒂勒模数增大；随着颗粒内孔道尺寸的增大，蒂勒模数减小；随着颗粒内孔隙率的增大，蒂勒模数减小；综合上述分析可知，在反应器中装填催化剂时，可以在不同区域使用不同的活性组分的催化剂，也可以在不同区域使用相同活性组分但不同颗粒大小、孔隙率或孔道大小的催化剂，使得催化剂性能与床层环境相适应。
120.当该温度跨度较大时，为了提高氨分解催化剂的利用率，沿着内套筒2壁指向第二柱形挡板5的方向，氨分解催化剂依次为镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂、钌基氨分解催化剂，不同催化剂用第二柱形挡板5隔离开来。这是由于fe基分解催化剂或ni基分解催化剂的反应温度在850℃左右，ru基催化剂的反应温度在500℃左右，使催化剂的使用温度与自热式氨分解反应器内的温度相适应，从而提高了氨分解催化剂的利用率。具体的，第二柱形挡板5的尺寸可以根据需要进行调整，以使氨分解催化剂的设置方式与反应环境相适应。
121.进一步地，为了提高氨分解效率，还可以在内套筒内部纵向设置有若干第二柱形挡板，第二柱形挡板与内套筒具有同一中心轴，以形成具有同一中心轴的若干氨分解催化剂层，其中，沿内套筒壁至中心轴的方向上，氨分解催化剂的适用温度逐层减小；例如靠近内套筒壁处填装铁基等中高温氨分解催化剂，中心轴处填装钌基等中低温氨分解催化剂，在上述两氨分解催化剂层的中间区域填装镍基等中温氨分解催化剂。
122.作为另一种实施方式，当沿着内套筒壁指向中心轴的方向温度跨度小时，则可以使用同一催化剂，如ru基分解催化剂、fe基分解催化剂或ni基分解催化剂，而通过调整管道
内不同催化剂层的粒径、孔道、孔隙率，以达到提高催化剂利用率的目的。具体地，内套筒内部纵向设置有若干第二柱形挡板，第二柱形挡板与内套筒具有同一中心轴，以形成具有同一中心轴的若干氨分解催化剂层，其中，沿内套筒至中心轴的方向上，氨分解催化剂的粒径逐渐减小或逐渐增大，后一层氨分解催化剂与前一层氨分解催化剂的粒径之比为0.25－4；和/或，氨分解催化剂的孔道逐渐减小或逐渐增大，孔道为2nm－4000nm；和/或，氨分解催化剂的孔隙率逐渐减小或逐渐增大，孔隙率为0.1－0.7。需要理解的是，氨分解催化剂的填充方式可以根据需要进行调整，在此不做限定。
123.此外，为了提高氨分解效率，还可以在调整管道内不同催化剂层的粒径和/或孔道和/或孔隙率的同时，使沿内套筒至外套筒的方向上各层氨分解催化剂层的适用温度逐层减小，使本实施例提供的自热式氨分解反应器适应不同的环境。
124.需要理解的是，本实施例提供的自热式氨分解反应器还可根据需要，在内套筒2与外套筒1的间隙径向设置有第一柱形挡板3，通过提高催化燃烧催化剂层的产热量进一步提高氨分解效率，即如图6所示，本实施例提供的自热式氨分解反应器设置有实施例3提供的第一柱形挡板3，第一柱形挡板3的设置方式与实施例3相同，在此不再赘述。
125.实施例10
126.如图7所示，本实施例提供一种自热式氨分解反应器，其与实施例1提供的自热式氨分解反应器的不同之处在于：
127.内套筒2内设置有第一栅板6，第一栅板6与内套筒2的内壁抵接，其中，第二进气口2－1与第一栅板6之间填充有镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂，第二出气口2－2与第一栅板6之间填充有钌基氨分解催化剂。需要理解的是，第二出气口2－2与第一栅板6之间填充的催化剂包括但不限于钌基氨分解催化剂，第二进气口2－1与第一栅板6之间填充的催化剂包括但不限于镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂，仅需使第二出气口2－2与第一栅板6之间填充的氨分解催化剂的使用温度小于第二进气口2－1与第一栅板6之间填充的氨分解催化剂的使用温度即可。
128.氨分解的过程中需要吸收热量，从而导致沿着氨气流动的方向，温度逐渐降低。在反应器运行时，催化剂颗粒内部发生“反应－扩散”过程，由于颗粒内部组分扩散阻力的存在，使得催化剂颗粒内存在组分浓度梯度，当颗粒内扩散阻力影响很大时，反应物组分不能有效扩散至催化剂颗粒内部，造成催化剂利用率的下降。催化剂颗粒内组分扩散速率对催化剂性能的影响通常用效率因子来表示，理论分析表明，催化剂颗粒的效率因子通常随蒂勒模数增大而单调减小。而催化剂颗粒大小、孔道尺寸、孔隙率、颗粒表面氨分解转化率等因素均对蒂勒模数有影响，具体表现为：随着催化剂颗粒尺寸的增大，蒂勒模数增大；随着颗粒内孔道尺寸的增大，蒂勒模数减小；随着颗粒内孔隙率的增大，蒂勒模数减小；综合上述分析可知，在反应器中装填催化剂时，可以在不同区域使用不同的活性组分的催化剂，也可以在不同区域使用相同活性组分但不同颗粒大小、孔隙率或孔道大小的催化剂，使得催化剂性能与床层环境相适应。
129.当该温度跨度较大时，为了提高氨分解催化剂的利用率，沿着氨气流动的方向，氨分解催化剂依次为镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂、钌基氨分解催化剂，不同催化剂用第一栅板6隔离开来。这是由于fe基分解催化剂或ni基分解催化剂的反应温度在850℃左右，ru基催化剂的反应温度在500℃左右，使催化剂的使用温度与自热式氨分解反应器内
的温度相适应，从而提高了氨分解催化剂的利用率。具体的，第一栅板6的设置位置可以根据需要进行调整，以使氨分解催化剂的设置方式与反应环境相适应。
130.进一步地，为了提高氨分解效率，还可以在内套筒内设置有若干第一栅板，第一栅板分别与内套筒的内壁抵接，以使内套筒内部形成若干氨分解催化剂层，其中，沿内套筒内气体流动的方向，氨分解催化剂的适用温度逐层减小；例如沿内套筒内气体流动的方向内套筒内依次设置有铁基等中高温氨分解催化剂、镍基等中温氨分解催化剂及钌基等中低温氨分解催化剂。
131.作为另一种实施方式，当沿着氨气流动的方向温度跨度小时，则可以使用同一催化剂，如ru基分解催化剂、fe基分解催化剂或ni基分解催化剂，而通过调整管道内不同催化剂层的粒径、孔道、孔隙率，以达到提高催化剂利用率的目的。具体地，内套筒内设置有若干第一栅板，第一栅板分别与内套筒的内壁抵接，以使内套筒内部形成若干氨分解催化剂层，其中，沿内套筒内气体流动的方向，氨分解催化剂的粒径逐渐减小或逐渐增大，后一层氨分解催化剂与前一层氨分解催化剂的粒径之比为0.25－4；和/或，氨分解催化剂的孔道逐渐减小或逐渐增大，孔道为2nm－4000nm；和/或，氨分解催化剂的孔隙率逐渐减小或逐渐增大，孔隙率为0.1－0.7。需要理解的是，氨分解催化剂的填充方式可以根据需要进行调整，在此不做限定。
132.此外，为了提高氨分解效率，还可以在调整管道内不同催化剂层的粒径和/或孔道和/或孔隙率的同时，使沿内套筒内气体流动的方向上各层氨分解催化剂层的适用温度逐层减小，使本实施例提供的自热式氨分解反应器适应不同的环境。
133.需要理解的是，本实施例提供的自热式氨分解反应器还可根据需要，在内套筒2与外套筒1的间隙径向设置有若干第一柱形挡板3，通过提高催化燃烧催化剂层的产热量进一步提高氨分解效率，即如图8所示，本实施例提供的自热式氨分解反应器设置有实施例3提供的第一柱形挡板3，第一柱形挡板3的设置方式与实施例3相同，在此不再赘述。
134.需要理解的是，本实施例提供的自热式氨分解反应器还可根据需要，在内套筒2内部设置有进气管4，通过增大氨分解催化剂层中氨气的流通路径进一步提高氨分解效率，即如图9所示，本实施例提供的自热式氨分解反应器设置有实施例5提供的进气管4，进气管4的设置方式与实施例5相同，在此不再赘述。
135.需要理解的是，本实施例提供的自热式氨分解反应器还可根据需要，在内套筒2与外套筒1的间隙径向设置有若干第一柱形挡板3的同时，还在内套筒2内部设置有进气管4，即如图10所示，本实施例提供的自热式氨分解反应器设置有实施例3提供的第一柱形挡板3和实施例5提供的进气管4，第一柱形挡板3的设置方式与实施例3相同，进气管4的设置方式与实施例5相同，在此不再赘述。
136.实施例11
137.本实施例提供一种自热式氨分解反应器，其与实施例2提供的自热式氨分解反应器的不同之处在于：
138.内套筒2与外套筒1的间隙设置有第一栅板6，第一栅板6分别与内套筒2的外壁、外套筒1的内壁抵接，其中，第一进气口1－1与第一栅板6之间填充有镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂，第一出气口1－2与第一栅板6之间填充有钌基氨分解催化剂。需要理解的是，第一出气口1－2与第一栅板6之间填充的催化剂包括但不限于钌基氨分解催化剂，第一
进气口1－1与第一栅板6之间填充的催化剂包括但不限于镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂，仅需使第一出气口1－2与第一栅板6之间填充的氨分解催化剂的使用温度小于第一进气口1－1与第一栅板6之间填充的氨分解催化剂的使用温度即可。
139.氨分解的过程中需要吸收热量，从而导致沿着氨气流动的方向，温度逐渐降低。在反应器运行时，催化剂颗粒内部发生“反应－扩散”过程，由于颗粒内部组分扩散阻力的存在，使得催化剂颗粒内存在组分浓度梯度，当颗粒内扩散阻力影响很大时，反应物组分不能有效扩散至催化剂颗粒内部，造成催化剂利用率的下降。催化剂颗粒内组分扩散速率对催化剂性能的影响通常用效率因子来表示，理论分析表明，催化剂颗粒的效率因子通常随蒂勒模数增大而单调减小。而催化剂颗粒大小、孔道尺寸、孔隙率、颗粒表面氨分解转化率等因素均对蒂勒模数有影响，具体表现为：随着催化剂颗粒尺寸的增大，蒂勒模数增大；随着颗粒内孔道尺寸的增大，蒂勒模数减小；随着颗粒内孔隙率的增大，蒂勒模数减小；综合上述分析可知，在反应器中装填催化剂时，可以在不同区域使用不同的活性组分的催化剂，也可以在不同区域使用相同活性组分但不同颗粒大小、孔隙率或孔道大小的催化剂，使得催化剂性能与床层环境相适应。
140.当该温度跨度较大时，为了提高氨分解催化剂的利用率，沿着氨气流动的方向，氨分解催化剂依次为镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂、钌基氨分解催化剂，不同催化剂用第一栅板6隔离开来。这是由于fe基分解催化剂或ni基分解催化剂的反应温度在850℃左右，ru基催化剂的反应温度在500℃左右，使催化剂的使用温度与自热式氨分解反应器内的温度相适应，从而提高了氨分解催化剂的利用率。具体的，第一栅板6的设置位置可以根据需要进行调整，以使氨分解催化剂的设置方式与反应环境相适应。
141.进一步地，为了提高氨分解效率，还可以内套筒与外套筒的间隙沿着氨气流动的方向间隔设置有若干第一栅板，以使内套筒与外套筒的间隙形成若干氨分解催化剂层，其中，沿着氨气流动的方向，氨分解催化剂的适用温度逐层减小；例如沿内套筒与外套筒的间隙内氨气流动的方向内套筒内依次设置有铁基等中高温氨分解催化剂、镍基等中温氨分解催化剂及钌基等中低温氨分解催化剂。
142.作为另一种实施方式，当沿着氨气流动的方向温度跨度小时，则可以使用同一催化剂，如ru基分解催化剂、fe基分解催化剂或ni基分解催化剂，而通过调整管道内不同催化剂层的粒径、孔道、孔隙率，以达到提高催化剂利用率的目的。具体地，内套筒与外套筒的间隙设置有若干第一栅板，第一栅板分别与内套筒的外壁及外套筒的内壁抵接，以使内套筒与外套筒的间隙形成若干氨分解催化剂层，其中，沿气体流动的方向，氨分解催化剂的粒径逐渐减小或逐渐增大，后一层氨分解催化剂与前一层氨分解催化剂的粒径之比为0.25－4；和/或，氨分解催化剂的孔道逐渐减小或逐渐增大，孔道为2nm－4000nm；和/或，氨分解催化剂的孔隙率逐渐减小或逐渐增大，孔隙率为0.1－0.7。需要理解的是，氨分解催化剂的填充方式可以根据需要进行调整，在此不做限定。
143.此外，为了提高氨分解效率，还可以在调整管道内不同催化剂层的粒径和/或孔道和/或孔隙率的同时，使内套筒与外套筒的间隙沿气体流动的方向各层氨分解催化剂层的适用温度逐层减小，使本实施例提供的自热式氨分解反应器适应不同的环境。
144.需要理解的是，本实施例提供的自热式氨分解反应器还可根据需要，在内套筒2与外套筒1的间隙径向设置有若干第一柱形挡板3，通过提高催化燃烧催化剂层的产热量进一
步提高氨分解效率，即如图11所示，本实施例提供的自热式氨分解反应器设置有实施例3提供的第一柱形挡板3，第一柱形挡板3的设置方式与实施例3相同，在此不再赘述。
145.实施例12
146.如图12所示，本实施例提供一种自热式氨分解反应器，其与实施例2提供的自热式氨分解反应器的不同之处在于：
147.内套筒2与外套筒1的间隙纵向设置有第二柱形挡板5，第二柱形挡板与内套筒具有同一中心轴，其中，第二柱形挡板5与内套筒2的间隙填充有镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂，第二柱形挡板5与外套筒1的间隙填充有钌基氨分解催化剂。需要理解的是，第二柱形挡板5与外套筒1的间隙填充的催化剂包括但不限于钌基氨分解催化剂，第二柱形挡板5与内套筒2的间隙填充的催化剂包括但不限于镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂，仅需使第二柱形挡板5与外套筒1的间隙填充的氨分解催化剂的使用温度小于第二柱形挡板5与内套筒2的间隙填充的氨分解催化剂的使用温度即可。
148.氨分解的过程中需要吸收热量，从而导致沿着内套筒2指向外套筒1的方向温度逐渐降低。在反应器运行时，催化剂颗粒内部发生“反应－扩散”过程，由于颗粒内部组分扩散阻力的存在，使得催化剂颗粒内存在组分浓度梯度，当颗粒内扩散阻力影响很大时，反应物组分不能有效扩散至催化剂颗粒内部，造成催化剂利用率的下降。催化剂颗粒内组分扩散速率对催化剂性能的影响通常用效率因子来表示，理论分析表明，催化剂颗粒的效率因子通常随蒂勒模数增大而单调减小。而催化剂颗粒大小、孔道尺寸、孔隙率、颗粒表面氨分解转化率等因素均对蒂勒模数有影响，具体表现为：随着催化剂颗粒尺寸的增大，蒂勒模数增大；随着颗粒内孔道尺寸的增大，蒂勒模数减小；随着颗粒内孔隙率的增大，蒂勒模数减小；综合上述分析可知，在反应器中装填催化剂时，可以在不同区域使用不同的活性组分的催化剂，也可以在不同区域使用相同活性组分但不同颗粒大小、孔隙率或孔道大小的催化剂，使得催化剂性能与床层环境相适应。
149.当该温度跨度较大时，为了提高氨分解催化剂的利用率，沿着内套筒2指向外套筒1的方向，氨分解催化剂依次为镍基氨分解催化剂或铁基氨分解催化剂、钌基氨分解催化剂，不同催化剂用第二柱形挡板5隔离开来。这是由于fe基分解催化剂或ni基分解催化剂的反应温度在850℃左右，ru基催化剂的反应温度在500℃左右，使催化剂的使用温度与自热式氨分解反应器内的温度相适应，从而提高了氨分解催化剂的利用率。具体的，第二柱形挡板5的尺寸可以根据需要进行调整，以使氨分解催化剂的设置方式与反应环境相适应。
150.进一步地，为了提高氨分解效率，还可以内套筒与外套筒的间隙纵向设置有若干第二柱形挡板，第二柱形挡板与内套筒具有同一中心轴，以形成具有同一中心轴的若干氨分解催化剂层，其中，沿内套筒至外套筒的方向上，氨分解催化剂的适用温度逐层减小；例如靠近内套筒处填装铁基等中高温氨分解催化剂，靠近外套筒处填装钌基等中低温氨分解催化剂，在中间区域填装镍基等中温氨分解催化剂。
151.作为另一种实施方式，当沿着内套筒指向外套筒的方向温度跨度小时，则可以使用同一催化剂，如ru基分解催化剂、fe基分解催化剂或ni基分解催化剂，而通过调整管道内不同催化剂层的粒径、孔道、孔隙率，以达到提高催化剂利用率的目的。具体地，内套筒与外套筒的间隙纵向设置有若干第二柱形挡板，第二柱形挡板与内套筒具有同一中心轴，以形成具有同一中心轴的若干氨分解催化剂层，其中，沿内套筒至外套筒的方向上，氨分解催化
剂的粒径逐渐减小或逐渐增大，后一层氨分解催化剂与前一层氨分解催化剂的粒径之比为0.25－4；和/或，氨分解催化剂的孔道逐渐减小或逐渐增大，孔道为2nm－4000nm；和/或，氨分解催化剂的孔隙率逐渐减小或逐渐增大，孔隙率为0.1－0.7。需要理解的是，氨分解催化剂的填充方式可以根据需要进行调整，在此不做限定。
152.此外，为了提高氨分解效率，还可以在调整管道内不同催化剂层的粒径和/或孔道和/或孔隙率的同时，使沿内套筒至外套筒的方向上各层氨分解催化剂层的适用温度逐层减小，使本实施例提供的自热式氨分解反应器适应不同的环境。
153.需要理解的是，本实施例提供的自热式氨分解反应器还可根据需要，在内套筒2内部设置有进气管4，通过提高催化燃烧催化剂层的产热量进一步提高氨分解效率，即如图13所示，本实施例提供的自热式氨分解反应器设置有实施例6提供的进气管4，进气管4的设置方式与实施例6相同，在此不再赘述。
154.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。