氢能是本世纪最具发展潜力的战略能源,而燃料电池技术是氢能转化的重要方式。论文利用gPROMS软件建立数学模型,对以氨气为原料制氢气并应用于燃料电池的过程进行理论计算,研究内容有重要的现实意义。将氨气作为原料制备氢气并用于燃料电池发电过程分为氨分解制氢、残余氨气吸附、氢气-氮气膜分离、质子交换膜燃料电池发电等多个模块。设计了管壳式自热型氨分解反应器,管内为氨气的催化反应,管外壳程为氢气非均相催化燃烧。并流操作条件下,氢燃烧产生的高温正好与高氨气浓度对应,反应器效率很高,可以达到高的氨分解转化率。利用活性炭纤维对反应残余的氨气进行吸附、脱除,吸附装置在相当长时间内不会出现吸附饱和现象。利用负载金属钯的中空纤维膜与氮氢混合气体进行分离,氢气分压差是膜分离器的推动力。当膜管内、外的氢气分压相同时,分离装置达到平衡状态,即分离效率的极限。质子交换膜燃料电池的输出功率一定,低电流、高电压工况对应的电池板数多；高电流、低电压工况对应的电池板数少。利用换热器对物流进行温度调整,连接不同的操作单元,建立氨分解制氢用于燃料电池发电系统的全流程。设计循环回路,充分利用膜分离装置滞留侧的氢气对氨分解反应器进行燃烧供热。考虑系统中冷、热流体的相互换热,针对简化的氨分解制氢发电流程,设计具体的热集成方案。模拟结果表明,氢气回流燃烧为整个集成系统提供热能,只有保证氨分解反应完全,系统的氢气总回收率最高,可以达到84.36%,而质子交换膜燃料电池(N=60)的发电效率为67.28%。