CN103539083B - 采用燃氢烟气制备工业氮气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及从氢气燃烧后的烟气中制备工业氮气的方法，属于氮气制备方法技术领域。采用燃氢烟气制备工业氮气的方法，包括以下步骤：(1)来自燃氢锅炉的高温烟气在换热器内被来自水处理系统的软化水降温至40℃，被加热后的软化水输送至锅炉除氧系统，降温后的烟气先经过水雾捕集器除水，形成的凝结水输送至用水管网，烟气再经过送风设备调整压力后送入脱氧塔内，在脱氧催化剂的作用下，再与按体积比加进来的氢气反应生成水，从而脱除氧气，脱氧后干基残氧含量优选0.3％，脱氧后的烟气即为氮气。本发明采用燃氢烟气制备工业氮气的方法，整个工艺流程简单，制作成本低，具有占地面积小、使用寿命长、操作稳定、能源利用率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及从氢气燃烧后的烟气中制备工业氮气的方法，属于氮气制备方法技术领域。
背景技术
目前工业制氮气主要有三种方法：即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)及膜空分法。
深冷法的特点是：产气量大(日产气量最大可达上百万立方)，氮气的纯度高(可达99.999％)，并可连续工作，同一台设备可生产氧气(或液氧)、氮气(或液氮)，不足之处是：深冷设备庞大复杂，占地面积大、不易操作管理、启动时间长、工程建设造价高。
分子筛空分法(PSA)与传统的深冷法相比它具有如下优点：A.起动速度较快：通常在开机后30分钟左右便可获得合格的产品氮气，而深冷法则需6小时以上的启动时间；B.随时停机：可根据需要随时开车和停机，即使停机数小时甚至几天，都不会影响运行工况；C.实现自动化操作：设备少，运行正常后就可进行自动化及无人操作；D.装置紧凑，占地面积小。不足之处是：切换周期频繁，切换阀及继电器寿命太短，可靠性较差。
膜空分法特点是：没有运动部件，体积比分子筛空分法(PSA)还小，运行可靠，膜寿命长，气体分离过程无噪声，无污染，不足之处是：对原料空气的质量要求比前二种严的多。
燃氢烟气(以下以燃氢锅炉为例)以氢气为燃料，以空气为助燃剂，其烟气干基成份可控制氧含量在4％以内，其余主要成份为氮气，非常适合制取工业氮气。
目前燃氢锅炉排烟温度一般在150℃以上，而软化水进锅炉前需除去水中的溶解氧，除氧方式以采用热力法除氧为多数，故锅炉自身要消耗一部分蒸汽，而燃氢锅炉烟气中的热量没有得到充分的利用，造成一定的浪费。
在我国，水资源将越来越紧张。氢气与氧气燃烧后生成的纯度较高的水被排到大气中，没有得到较好的利用。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种工艺简单、占地面积小、使用寿命长、操作稳定、热能利用率高的采用燃氢烟气制备工业氮气的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
采用燃氢烟气制备工业氮气的方法，其特殊之处在于包括以下步骤：
(1)来自燃氢锅炉的高温烟气在换热器内被来自水处理系统的软化水降温至20℃～60℃，被加热后的软化水输送至锅炉除氧系统，降温后的烟气先经过水雾捕集器除水，形成的凝结水输送至用水管网，烟气再经过送风设备调整压力后送入脱氧塔内，在脱氧催化剂的作用下，再与按体积比加进来的氢气反应生成水，从而脱除氧气，脱氧后干基残氧含量最低可达1.5PPm，脱氧后的烟气即为氮气；
(2)氮气在换热器内与来自水处理系统的软化水换热，被加热后的软化水输送至锅炉除氧系统，而降温后的氮气则经水雾捕集器初步除水后，再经干燥器进一步除水，制得合格的工业氮气，最后经过压缩机送至用户。
所述烟气是由燃烧氢气而形成的，氢气的纯度为98.6％以上；
所述烟气中的含氧量为≤4％；
所述高温烟气经换热后降温至30℃～50℃；
所述送风设备为罗茨鼓风机；
所述降温后的烟气进行脱氧时，采用一级脱氧塔或二级脱氧塔或多级脱氧塔；
所述氢气与氧气的体积比为2：1；
所述脱氧后干基残氧含量为0.2％～0.8％；
所述换热器为列管式换热器或板式换热器；
所述水雾捕集器为重力分离器或折流分离器或离心分离器或丝网分离器或填料分离器中的一种。
本发明采用燃氢烟气制备工业氮气的方法，是以燃烧氢气后形成的烟气为原料，经过除水、脱氧等工艺最终制得工业氮气，在制备氮气的过程中又通过换热器充分利用了烟气中的热量，整个工艺流程简单，制作成本低，具有占地面积小、使用寿命长、操作稳定、能源利用率高等优点。
附图说明
图1：本发明的工艺流程图；
图中：1、锅炉，2、换热器，3、水雾捕集器，4、送风设备，5、脱氧塔A，6、换热器A，7、脱氧塔B，8、换热器B，9、水雾捕集器，10、干燥器，11、压缩机。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明所提供的方法，但本发明并不因此而受到任何限制。
采用燃氢烟气制备工业氮气的方法，包括以下步骤：
(1)来自燃氢锅炉的高温烟气在换热器内被来自水处理系统的软化水降温至40℃，被加热后的软化水输送至锅炉除氧系统，降温后的烟气先经过水雾捕集器除水，形成的凝结水输送至用水管网，烟气再经过送风设备调整压力后送入脱氧塔内，在脱氧催化剂的作用下，再与按体积比加进来的氢气反应生成水，从而脱除氧气，脱氧后干基残氧含量优选0.3％，脱氧后的烟气即为氮气；
(2)氮气在换热器内与来自水处理系统的软化水换热，被加热后的软化水输送至锅炉除氧系统，而降温后的氮气则经水雾捕集器初步除水后，再经干燥器进一步除水，制得合格的工业氮气，最后经过压缩机送至用户。
所述烟气是由燃烧氢气而形成的，氢气为通过水银法或离子膜法等氯碱制得的纯度为98.6％以上的氢气；
所述烟气中的含氧量为≤4％，对于不同生产厂家生产的脱氧催化剂的不同要求，如果含氧量不在其要求的范围内，或一次脱氧达不到工业氮气标准，可采取二级或多级脱氧的方式；烟气脱氧包括加氢催化脱氧、化学吸收脱氧等方式，如果制得的氮气仅用做保护气或置换气等质量要求不严格的用途，还可使用碳燃烧脱氧法，这里优选加氢催化脱氧；脱氧后干基残氧含量最低可达1.5PPm，即百万分之1.5，但是在实际使用时无需达到如此严格的标准，为了节约成本，此处的残氧含量优选0.3％即可；
烟气输送包括各种气体输送设备，比如：离心式、液环式、往复式、螺杆式等等，这里优选罗茨鼓风机，通过调节风机入口阀门的开启度来调节入口压力，使燃烧室压力符合相应设备工艺要求，出口压力符合脱氧催化剂生产厂家的工艺要求；
所述氢气与氧气的体积比为2：1；
所述换热器为列管式换热器；
所述水雾捕集器为丝网分离器。
以上方法制得的氮气可直接做为普通工业氮气产品或经脱除氦气、氩气、二氧化碳等气体制得纯度更高的氮气。
本发明未详细说明的内容均为现有技术，本领域技术人员可以从本实施例及现有技术获得启发，进行变形得到其它实施例。因此，本发明的保护范围应该根据权利要求的保护范围来确定。
Claims (8)
1.采用燃氢烟气制备工业氮气的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)来自燃氢锅炉的高温烟气在换热器内被来自水处理系统的软化水降温至20℃～60℃，被加热后的软化水输送至锅炉除氧系统，降温后的烟气先经过水雾捕集器除水，形成的凝结水输送至用水管网，烟气再经过送风设备调整压力后送入脱氧塔内，在脱氧催化剂的作用下，再与按体积比加进来的氢气反应生成水，从而脱除氧气，脱氧后干基残氧含量最低可达1.5PPm，脱氧后的烟气即为氮气；
(2)氮气在换热器内与来自水处理系统的软化水换热，被加热后的软化水输送至锅炉除氧系统，而降温后的氮气则经水雾捕集器初步除水后，再经干燥器进一步除水，制得合格的工业氮气，最后经过压缩机送至用户；
所述烟气是由燃烧氢气而形成的，氢气的纯度为98.6％以上；
所述烟气中的含氧量为≤4％。
2.根据权利要求1所述采用燃氢烟气制备工业氮气的方法，其特征在于所述高温烟气经换热后降温至30℃～50℃。
3.根据权利要求1所述采用燃氢烟气制备工业氮气的方法，其特征在于所述送风设备为罗茨鼓风机。
4.根据权利要求1所述采用燃氢烟气制备工业氮气的方法，其特征在于所述降温后的烟气进行脱氧时，采用一级脱氧塔或二级脱氧塔或多级脱氧塔。
5.根据权利要求1所述采用燃氢烟气制备工业氮气的方法，其特征在于所述氢气与氧气的体积比为2∶1。
6.根据权利要求1所述采用燃氢烟气制备工业氮气的方法，其特征在于所述脱氧后干基残氧含量为0.2％～0.8％。
7.根据权利要求1所述采用燃氢烟气制备工业氮气的方法，其特征在于所述换热器为列管式换热器或板式换热器。
8.根据权利要求1所述采用燃氢烟气制备工业氮气的方法，其特征在于所述水雾捕集器为重力分离器或折流分离器或离心分离器或丝网分离器或填料分离器中的一种。
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