[0001] 本发明涉及清洁能源设备技术领域，具体涉及一种基于优化换热及压降的多边反应装置及系统。

[0002] 在化工行业中，氨分解反应作为一种重要的化学过程，广泛应用于制取氢气和其他氮基化学品。然而，传统的氨分解反应装置在换热效率和压降控制方面存在明显的技术瓶颈，导致能源利用效率低、操作成本高以及环境负担重等问题。因此，开发一种基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置及系统，对于提升氨分解反应效率、降低能耗和生产成本具有重要意义；目前，市场上存在的氨分解反应装置大多采用传统的换热方式和结构，存在着换热效率低、热量损失大等问题。同时，由于装置内部流道设计不合理，导致压降过大，增加了动力消耗和运行成本。此外，现有的氨分解反应系统缺乏智能化控制和管理，难以实现精确操作和高效运行。

[0003] 中国专利CN117267711A公开了一种氨燃烧器，包括燃烧室和进气腔，其中燃烧室包括内部用于燃烧的第一燃烧壳体和第二燃烧壳体，第一燃烧壳体与第二燃烧壳体之间的环腔形成氨气加热腔，氨气加热腔的尾部设置氨气进气口；第三燃烧壳体同轴套设在第二燃烧壳体的外部，第三燃烧壳体与第二燃烧壳体之间的环腔形成高温氨气分解腔，第二燃烧壳体上开设引气孔，用于使氨气加热腔中的高温氨气进入高温氨气分解腔，高温氨气分解腔的尾段设置排气孔，排气孔与混合气进气腔连通；该燃烧器通过设置彼此间隔套设的燃烧壳体，提高了燃烧效率和燃烧过程中的稳定性；然而该燃烧器在燃烧过程中难以进行气体压降的控制，且气体之间换热效率不高，燃烧过程中能量消耗大。

[0019] 下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

[0020] 如图1～图2所示，本发明所述的一种基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置，包括主体1、多个烟气流道2和多个氨气流道3，

[0021] 所述主体1的两侧分别设置有氨气进口11和分解气出口12，所述氨气进口11与多个所述氨气流道3的一端连通，所述分解气出口12与多个所述氨气流道3的另一端连通；

[0022] 多个所述烟气流道2穿过所述主体1的两端，多个所述氨气流道3环绕设置在所述烟气流道2外侧并且与所述烟气流道2的外壁相接触；多个所述烟气流道2的一端与烟气进口21连通，多个所述烟气流道2的另一端与烟气出口22连通；多个所述氨气流道3中填充有氨分解催化剂；所述烟气流道2和所述氨气流道3的截面形状均为多边形结构，所述烟气流道2中气体的流动方向与所述氨气流道3中气体的流动方向彼此相反。

[0023] 该基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置通过采用均为正多边形的烟气流道和氨气流道，并且将多个氨气流道环绕设置在相应的烟气流道外侧壁上，能够提高增加氨气进入反应装置内部是的流动截面面积，进而减少氨气流动时的压降；同时也使得正多边形的烟气流道中的气体的热量能够充分均匀的转移给环绕设置的氨气流道中的氨气，在减小气体压降的同时同样增加了气体之间的换热效率，提高了氨分解效率。

[0024] 在图1中，所述本体1为矩形结构，所述本体1的两端分别设置有第一固定件13和第二固定件14，所述第一固定件13的侧面设置有所述氨气进口11，所述第二固定件14的侧面设置有所述分解气出口12，所述氨气进口11和所述分解气出口12分别相对设置，所述第一固定件13还与多个所述氨气流道3的一端相固定，具体的，所述第一固定件13为空心结构，多个所述氨气流道3的一端和所述氨气进口11均与所述第一固定件13的内部相连通，所述氨气进口11通过空心结构的第一固定件13与多个所述氨气流道3的连通，所述第一固定件位于所述氨气流道3上靠近所述烟气出口22的一端。

[0025] 如图1和图2所示，为了促进氨气能够均匀的吸热分解为氢气和氮气，同时提高气体之间的换热均匀性，多个所述氨气流道3的安装方向互相平行，多个所述氨气流道3的外侧壁相互贴合设置，多个所述氨气流道3环绕设置在对应的烟气流道2的外周并且与对应的所述烟气流道2的外侧壁固定连接，相邻两个所述氨气流道3之间的外侧壁相互贴合设置；具体的，所述氨气流道3的截面形状和所述烟气流道2的截面形状相对应，所述烟气流道2的安装方向与所述氨气流道3的安装方向互相平行；为了在氨气流动及加热过程中减小氨气流动时的压降的同时增加换热面积，优选的，所述氨气流道3的截面形状为多边形结构，例如正六边形，所述烟气流道2的截面形状为多边形结构，例如正六边形，每个所述烟气流道2的每个外壁上均与相应环绕设置的所述氨气流道3的至少一个外侧壁相接触；所述氨气流道3上至少两个外侧壁与相邻的所述氨气流道3对应的外侧壁固定连接；通过将多个氨气流道3环绕着对应的烟气流道2设置，并将氨气流道3与烟气流道2的外侧壁贴合，使得烟气流道2中的热量能够充分且均匀地分配到相贴合的氨气流道3中，进而提高了气体之间的换热面积，并且通过设置多个多边形结构的氨气流道3，同时也提高了氨气进入所述基于优化换热及压降的多边反应装置中时相应的流通截面面积，进而减少了氨气流通过程中的压降；
所述烟气流道2的长度大于所述氨气流道3的长度，多个所述烟气流道2的两端分别连通并且对应的与所述烟气进口21和所述烟气出口22连通；气体通过所述烟气进口21进入后，分别通入相连通的多个所述烟气流道2中，最终通过与多个所述烟气流道2同时连通的所述烟气出口22排出；其中，为了更好的提高氨气的分解效率，优选的，每个所述氨气流道3中设置有电加热装置(未示出)，所述电加热装置用于直接加热对应的氨气流道3中的氨气，促进氨气的吸热分解反应。

[0026] 其中所述第二固定件14与多个所述氨气流道3的另一端相固定，所述第二固定件14与所述第一固定件13相对设置，所述第二固定件14为空心结构，多个所述氨气流道3的另一端和所述分解气出口12均与所述第二固定件14的内部相连通，所述分解气出口12通过空心结构的第二固定件14与多个所述氨气流道3的连通；具体的，所述分解气出口12的设置方向与所述氨气进口11相反，所述第二固定件14位于所述氨气流道3上靠近所述烟气进口21的一端。

[0027] 当氨气通过所述氨气进口11通入相连通的所述第一固定件13后，氨气随后进入与所述第一固定件13相连通的多个所述氨气流道3中，并且沿着所述氨气流道3的延伸方向在所述氨气流道3中流动，在所述氨气流道3中氨分解催化剂的催化作用下，氨气吸热分解为氢气和氮气，并最终从多个所述氨气流道3与所述第二固定件14相连通的一端排出进入所述第二固定件14内，排出的氨气和氮气混合气体再通过所述第二固定件14上开设的所述混合气出口12排出；同时，为了对氨气进行加热，促进氨气的受热分解，用于加热氨气的具有500～700℃的加热气体从所述烟气进口21进入与之相连的多个所述烟气流道2中，并且沿着烟气流道2的延伸方向在多个烟气流道2中流动，通过与多个所述烟气流道2相对的另一端连通的所述烟气出口22排出；在加热气体流动过程中，加热气体自身的热量通过所述烟气流道2的外壁转移给对应贴合的环绕设置在烟气流道2外周的多个所述氨气流道3，进而传递给位于所述氨气流道3内部的氨气，达到对氨气的加热，促进氨气的吸热分解；另外，由于氨气进口11和烟气进口21彼此相对设置，氨气在对应的氨气流道中的流动方向与加热气体在烟气通道中的流动方向相反，相比于流动方向相同下的情况，氨气与加热气体流动方向相反时则有利于温度在气体之间的转移以及热量在流动的氨气中的均匀分布，因此提高了氨气的加热效率；优选的，为了更好地提高氨气和加热气体之间的换热效率，每个所述烟气流道2的内壁上固定有多个翅片(未示出)，以更好地提高加热气体与烟气流道的接触面积，扩大热量在气体之间的传递效率。

[0028] 如图3所示，本申请还公开了一种包括上述基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置的氨分解反应系统，还包括

[0029] 电加热氨分解器4，所述电加热氨分解器4用于加热氨气并生成含有氢气的混合气体；所述电加热氨分解器4的气体出口与所述燃烧器6的燃烧入口连通，

[0030] 风机5，所述风机5用于向所述燃烧器6中引入空气；

[0031] 燃烧器6，所述燃烧器6用于燃烧空气和含有氢气的混合气体，所述燃烧器6的燃烧出口与所述基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置的烟气进口21连通，所述基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置的分解气出口12与所述燃烧器4的燃烧入口连通。

[0032] 在图3中，所述基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置的分解气出口12与所述燃烧器4的燃烧入口之间依次设置有第一换热器71、第二换热器72和第一阀门81，其中所述第一换热器71还与所述风机5连通，所述第一换热器71用于将从所述分解气出口12排出的气体与从所述风机5中排出的空气进行热量交换，提高进入燃烧器4中空气的温度，减少燃烧过程中的能量消耗；所述第一换热器71与所述第二换热器72连通；所述第二换热器72与排水系统连通，所述第二换热器72能够将经过所述第一换热器71换热后的混合气体与冷却水进一步换热，继续降低混合气体的温度，所述第二换热器72的出口分别与所述第一阀门81和所述第二阀门82相连，所述第二换热器72通过所述第一阀门81与所述燃烧器4的燃烧入口相连；通过分别调整所述第一阀门81和所述第二阀门82的开度，来控制从所述第二换热器72中排出并进入所述燃烧器4用于燃烧的混合气体的流量以及排空进入空气的混合气体的流量；所述燃烧器6的燃烧出口与所述烟气进口21连通，所述燃烧器6能够将从所述风机5中排入的空气与经过换热后的含有氢气的混合气体进行燃烧，产生燃烧气体；经过燃烧后的燃烧气体导入所述烟气进口21中用于所述基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置中氨气的吸热分解，通过所述分解气出口12与燃烧器6的燃烧入口之间设置第一换热器71、第二换热器72以及第一阀门81、第二阀门82，使得用于燃烧器6燃烧的含有氢气的混合气体的能够进行灵活调整，有利于满足不同运行环境下氢气的浓度要求，且合理利用系统运行过程中产生的热量的同时减小了系统的能量消耗；同样的通过将部分氢气与空气燃烧后作为加热氨气的气体，相比于单纯的空气则具有更高的能量，进而具有更好的加热效果，有利于提高所述基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置中氨气的受热分解；而经过所述基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置排出的气体，由于气体流动过程中压降较小，因此排出的混合气体具有更高的能量，则能够减少燃烧器6燃烧过程中的能量消耗。

[0033] 同时，所述电加热氨分解器4中设置有电加热装置，所述电加热装置用于对所述电加热氨分解器4中的氨气提供热量，所述电加热氨分解器4的气体出口与所述燃烧器6的燃烧入口连通，从所述电加热氨分解器4中排出的经过分解后的氢气和氮气混合气体，与风机5中导入的空气和所述基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置的分解气出口12排出的混合气体相混合后进行燃烧，有利于提高所述燃烧器6的燃烧效率和后续所述基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置中氨气的加热效率；同样的，所述电加热氨分解器4的气体入口上连接有第三换热器73，所述第三换热器73用于将电加热氨分解器4产出的混合气体的与导入其中的液氨进行换热，有效提高了系统中液氨的加热效率，降低了电加热氨分解器的能量消耗且提高了系统的能量利用率；进一步的，所述第三换热器73还与所述第四换热器74连通，所述第四换热器74能够将电加热氨分解器4产出的混合气体与冷却水进行换热，以降低产出的混合气体的温度；为了有效控制所述电加热氨分解器4产出的混合气体的用量，满足不同运行情况下氢气的使用要求，优选的，所述第四换热器74依次与所述第三阀门83和所述第四阀门84相连，所述第四换热器74通过所述第四阀门84与所述燃烧器6的燃烧入口相连，通过调整所述第三阀门83和所述第四阀门84，能够分别控制导入所述燃烧器6和排入空气中的混合气体；使得用于燃烧器6燃烧的含有氢气的混合气体的能够进行灵活调整，有利于满足不同运行环境下氢气的浓度要求，且合理利用系统运行过程中产生的热量的同时减小了系统的能量消耗；通过外加电加热氨分解反应器4并利用其分解产生的混合气体作为燃烧器的燃料，降低了燃烧器燃烧过程中对所述基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置产生的混合气体的产能的要求，且增加了所述基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置产生的混合气体的应用范围，使得所述基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置产生的混合气体能够尽可能地用于终端设备提供能量，例如加氢站、氢燃料电池等；
而采用电加热氨分解反应器4与利用加热气体对氨气进行加热的所述基于优化换热及压降的多边反应装置配合，通过调整不同位置所连接的阀门的开度，来调整用于加热所述氨气流道3中氨气的加热气体的能量，从而最大程度提高所述基于优化换热及压降的多边反应装置的氨气分解效率的同时，能够降低系统整体的能量消耗，也能够同时满足不同加热条件下的测试需求。

[0034] 为了控制进入所述基于优化换热及压降的多边氨分解反应装置的液氨流量，以及进入所述电加热氨分解反应器4的液氨的流量，优选的，所述氨气进口11上设置有第五阀门85，所述第三换热器73与第六阀门86相连，所述第六阀门86用于控制导入所述第三换热器
73的液氨的流量；为了提高换热后的燃烧气体的能量利用率，减少燃烧气体自身热量的消耗，优选的，所述烟气出口22与第五换热器75连通，所述第五换热器75能够将从所述烟气出口22排出的气体与冷却水进行换热，从而降低从所述烟气出口22排出的气体的温度。

[0035] 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发明的保护范围之中。