CN106517092A - 一种氨分解制氢提纯设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氨分解制氢提纯设备，包括氢氮罐、吸附塔、纯氢罐和回收罐，氢氮罐的出气端与氢氮气总管连接，氢氮气总管上设置有旁路，所述旁路与吸附塔的进气管连接，且该旁路上设置有气动阀；吸附塔的进气管还与回气总管连接，且在两管的连接处设置有气动阀，回气总管的另一端与回收罐连接；吸附塔的出气端连接有循环氢气管，且该循环氢气管与纯氢罐连接。本发明采用五塔变压吸附技术提氢，对氨分解制取氢的氢氮混合气进一步提纯处理，得到纯度在99.999%以上的高纯氢。
Description
技术领域
本发明涉及一种氨分解制氢提纯设备，属于工业制氢设备领域。
背景技术
氨分解制氢作为一种常规的制氢工艺，能够分解的（3氢+1氮）混合气，能满足一般生产工艺的需要。然而随着工业经济的飞速发展，工业生产中氢气的需求也日益增多，且氢气的纯度也要求越高。常规的氨分解制氢中氮气的含量过高，无法满足工业生产对高纯氢的需求。
发明内容
为此解决上述问题，我们提出了一种氨分解制氢提纯设备，用来将氨分解制氢产生的氢气进行提纯，使其满足工业生产对高纯氢的需求。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种氨分解制氢提纯设备，包括氢氮罐、吸附塔、纯氢罐和回收罐，氢氮罐的出气端与氢氮气总管连接，氢氮气总管上设置有旁路，所述旁路与吸附塔的进气管连接，且该旁路上设置有气动阀；吸附塔的进气管还与回气总管连接，且在两管的连接处设置有气动阀，回气总管的另一端与回收罐连接；吸附塔的出气端连接有循环氢气管，且该循环氢气管与纯氢罐连接。
进一步：所述吸附塔有五个，分别为吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C、吸附塔D、吸附塔E，且该五个吸附罐并排连接，其出气端也均与循环氢气管连接，其进气管均与回气总管，与氢氮气总管旁路连接。
进一步：所述循环氢气管由氢气总管、第一旁路总管、第二旁路总管、第三旁路总管、A塔出气管、B塔出气管、C塔出气管、D塔出气管和E塔出气管组成；其中第三旁路总管与纯氢罐连接。
进一步：所述第三旁路总管与纯氢罐连接处还设置有截止阀，且在该截止阀的两端设置有一段旁路，位于该段旁路上设置有截止阀和减压阀。
进一步：所述旁路上的截止阀有两个，位于旁路的两端，减压阀位于两截止阀之间。
进一步：所述A塔出气管的一端与吸附塔A的出气端连接，其另一端与氢气总管连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的A塔出气管上从上至下依次与第一旁路总管、第二旁路总管和第三旁路总管连接，且与第一旁路总管、第二旁路总管的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管的连接处设置有止回阀；第一旁路总管的另一端与氢气总管连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管的另一端与第三旁路总管连接，且在连接处设置有气动阀。
进一步：所述B塔出气管的一端与吸附塔B的出气端连接，其另一端与氢气总管连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的B塔出气管上从上至下依次与第一旁路总管、第二旁路总管和第三旁路总管连接，且与第一旁路总管、第二旁路总管的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管的连接处设置有止回阀；第一旁路总管的另一端与氢气总管连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管的另一端与第三旁路总管连接，且在连接处设置有气动阀。
进一步：所述C塔出气管的一端与吸附塔C的出气端连接，其另一端与氢气总管连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的C塔出气管上从上至下依次与第一旁路总管、第二旁路总管和第三旁路总管连接，且与第一旁路总管、第二旁路总管的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管的连接处设置有止回阀；第一旁路总管的另一端与氢气总管连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管的另一端与第三旁路总管连接，且在连接处设置有气动阀。
进一步：所述D塔出气管的一端与吸附塔D的出气端连接，其另一端与氢气总管连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的D塔出气管上从上至下依次与第一旁路总管、第二旁路总管和第三旁路总管连接，且与第一旁路总管、第二旁路总管的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管的连接处设置有止回阀；第一旁路总管的另一端与氢气总管连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管的另一端与第三旁路总管连接，且在连接处设置有气动阀。
进一步：所述E塔出气管的一端与吸附塔E的出气端连接，其另一端与氢气总管连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的E塔出气管上从上至下依次与第一旁路总管、第二旁路总管和第三旁路总管连接，且与第一旁路总管、第二旁路总管的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管的连接处设置有止回阀；第一旁路总管的另一端与氢气总管连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管的另一端与第三旁路总管连接，且在连接处设置有气动阀。
通过上述技术方案，本发明通过变压吸附提氢采用5塔变压吸附提氢工艺，即由压力吸附、降压、常压解析的变压吸附过程，每个吸附塔在一次循环中均需经历吸附、降压、二次降压、顺放、冲洗、１升压、２升压以及终充等八个步骤。5个吸附塔在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，氢氮混合气由吸附塔入口端进入，在出口端获得需要纯度的氢气以保证原料连续输入和产品不断输出，从而提高氨分解制氢产生的氢气的纯度，满足工业生产对高纯氢的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
图1为本发明的剖视结构示意图；
图2为图1中循环氢气管的放大示意图。
图中数字所表示的相应部件名称：
1、氢氮罐；2、吸附塔A；3、纯氢罐；4、回收罐；5、吸附塔B；6、吸附塔C；7、吸附塔D；8、吸附塔E；9、回气总管；10、循环氢气管；11、氢氮气总管；101、氢气总管；102、第一旁路总管；103、第二旁路总管；104、第三旁路总管；105、A塔出气管；106、B塔出气管；107、C塔出气管；108、D塔出气管；109、E塔出气管。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例.
结合图1、图2所示：
一种氨分解制氢提纯设备，包括氢氮罐1、吸附塔、纯氢罐3和回收罐4，氢氮罐1的出气端与氢氮气总管11连接，氢氮气总管11上设置有旁路，所述旁路与吸附塔的进气管连接，且该旁路上设置有气动阀；吸附塔的进气管还与回气总管9连接，且在两管的连接处设置有气动阀，回气总管9的另一端与回收罐4连接；吸附塔的出气端连接有循环氢气管10，且该循环氢气管10与纯氢罐3连接。
在图1中可以看出，所述吸附塔有五个，分别为吸附塔A2、吸附塔B5、吸附塔C6、吸附塔D7、吸附塔E8，且该五个吸附罐并排连接，其出气端也均与循环氢气管10连接，其进气管均与回气总管9，与氢氮气总管11旁路连接，且在旁路上均设置有气动阀。回气总管9与回收罐4的连接处设置有气动阀。
位于五个吸附塔的上方设置有一个总的循环氢气管10，所述循环氢气管10由氢气总管101、第一旁路总管102、第二旁路总管103、第三旁路总管104、A塔出气管105、B塔出气管106、C塔出气管107、D塔出气管108和E塔出气管109组成；其中第三旁路总管104与纯氢罐3连接。所述第三旁路总管104与纯氢罐3连接处还设置有截止阀，且在该截止阀的两端设置有一段旁路，位于该段旁路上设置有截止阀和减压阀。所述旁路上的截止阀有两个，位于旁路的两端，减压阀位于两截止阀之间。
具体到每个吸附塔如何连接，具体如下：
所述A塔出气管105的一端与吸附塔A2的出气端连接，其另一端与氢气总管101连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的A塔出气管105上从上至下依次与第一旁路总管102、第二旁路总管103和第三旁路总管104连接，且与第一旁路总管102、第二旁路总管103的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管104的连接处设置有止回阀。第一旁路总管102的另一端与氢气总管101连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管103的另一端与第三旁路总管104连接，且在连接处设置有气动阀。
所述B塔出气管106的一端与吸附塔B5的出气端连接，其另一端与氢气总管101连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的B塔出气管106上从上至下依次与第一旁路总管102、第二旁路总管103和第三旁路总管104连接，且与第一旁路总管102、第二旁路总管103的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管104的连接处设置有止回阀。第一旁路总管102的另一端与氢气总管101连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管103的另一端与第三旁路总管104连接，且在连接处设置有气动阀。
所述C塔出气管107的一端与吸附塔C6的出气端连接，其另一端与氢气总管101连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的C塔出气管107上从上至下依次与第一旁路总管102、第二旁路总管103和第三旁路总管104连接，且与第一旁路总管102、第二旁路总管103的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管104的连接处设置有止回阀。第一旁路总管102的另一端与氢气总管101连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管103的另一端与第三旁路总管104连接，且在连接处设置有气动阀。
所述D塔出气管108的一端与吸附塔D7的出气端连接，其另一端与氢气总管101连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的D塔出气管108上从上至下依次与第一旁路总管102、第二旁路总管103和第三旁路总管104连接，且与第一旁路总管102、第二旁路总管103的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管104的连接处设置有止回阀。第一旁路总管102的另一端与氢气总管101连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管103的另一端与第三旁路总管104连接，且在连接处设置有气动阀。
所述E塔出气管109的一端与吸附塔E8的出气端连接，其另一端与氢气总管101连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的E塔出气管109上从上至下依次与第一旁路总管102、第二旁路总管103和第三旁路总管104连接，且与第一旁路总管102、第二旁路总管103的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管104的连接处设置有止回阀。第一旁路总管102的另一端与氢气总管101连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管103的另一端与第三旁路总管104连接，且在连接处设置有气动阀。
本发明通过变压吸附提氢采用5塔变压吸附提氢工艺，即由压力吸附、降压、常压解析的变压吸附过程，每个吸附塔在一次循环中均需经历吸附、降压、二次降压、顺放、冲洗、１升压、２升压以及终充等八个步骤。5个吸附塔在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，氢氮混合气由吸附塔入口端进入，在出口端获得需要纯度的氢气以保证原料连续输入和产品不断输出。变压吸附工作步骤分为吸附和再生两步骤。吸附剂的再生又是通过以下基本步骤来完成的：
（1）首先吸附塔压力降至低压，经过均压和顺着吸附的方向进行降压（以下简称为顺放），顺放时，有一部分吸附剂仍处于吸附状态，接着逆着吸附的方向进行二次降压，顺放时，吸附剂得到初步再生。
（2）用较纯的含氢气体冲洗待再生的吸附塔，使吸附剂解析同时清除尚残留于吸附剂中的杂质。
（3）吸附塔升至吸附压力，以准备再次分离原料气。
每个吸附塔循环周期的时间为250-350秒左右。5只吸附塔反复地进行吸附和再生的操作，（由PCL自动控制）这样就可以连续地获得所需要的氢气。产品氢气流入贮气罐，以平衡压力和纯度上的波动。氢气产量可按实际需要由流量进行计量和调节，整个PSA操作程序由可编程控制器进行自动控制，由于H2在较高压力下有利于吸附。压力压缩到较高压力将增加操作费用。较低的吸附压力使吸附剂量增加，即增加装置投资。综合考虑，原料压缩到１.2MPa左右。
本发明的工作原理如下：原料中75%的氢气和25%是氮气，依据这两种气体分子在分子筛表面扩散速率的差异，气体中的氢和氮在分子筛微孔中有不同的扩散速度，有不同的吸附力，在平衡条件下，分子筛对氢和氮的吸附量相当接近，但氮通过分子筛微孔的缝隙的扩散速度要比氢快得多，我们利用分子筛对氮的吸附速度大于对氢的吸附速度这一吸附动力学性质，在远离平衡条件的时间里，使氢气得到富集而达到提取高纯氢。
本发明技术方案采用自动化全程控制，实现对生产装置的高度自动化管理和控制，采用五塔变压吸附技术提氢，对氨分解制取氢的氢氮混合气进一步提纯处理从而提高氨分解制氢产生的氢气的纯度，满足工业生产对高纯氢的需求。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种氨分解制氢提纯设备，其特征在于：包括氢氮罐、吸附塔、纯氢罐和回收罐，氢氮罐的出气端与氢氮气总管连接，氢氮气总管上设置有旁路，所述旁路与吸附塔的进气管连接，且该旁路上设置有气动阀；吸附塔的进气管还与回气总管连接，且在两管的连接处设置有气动阀，回气总管的另一端与回收罐连接；吸附塔的出气端连接有循环氢气管，且该循环氢气管与纯氢罐连接。
2.根据权利要求1所述的一种氨分解制氢提纯设备，其特征在于：所述吸附塔有五个，分别为吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C、吸附塔D、吸附塔E，且该五个吸附罐并排连接，其出气端也均与循环氢气管连接，其进气管均与回气总管，与氢氮气总管旁路连接。
3.根据权利要求2所述的一种氨分解制氢提纯设备，其特征在于：所述循环氢气管由氢气总管、第一旁路总管、第二旁路总管、第三旁路总管、A塔出气管、B塔出气管、C塔出气管、D塔出气管和E塔出气管组成；其中第三旁路总管与纯氢罐连接。
4.根据权利要求3所述的一种氨分解制氢提纯设备，其特征在于：所述第三旁路总管与纯氢罐连接处还设置有截止阀，且在该截止阀的两端设置有一段旁路，位于该段旁路上设置有截止阀和减压阀。
5.根据权利要求4所述的一种氨分解制氢提纯设备，其特征在于：所述旁路上的截止阀有两个，位于旁路的两端，减压阀位于两截止阀之间。
6.根据权利要求4所述的一种氨分解制氢提纯设备，其特征在于：所述A塔出气管的一端与吸附塔A的出气端连接，其另一端与氢气总管连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的A塔出气管上从上至下依次与第一旁路总管、第二旁路总管和第三旁路总管连接，且与第一旁路总管、第二旁路总管的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管的连接处设置有止回阀；第一旁路总管的另一端与氢气总管连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管的另一端与第三旁路总管连接，且在连接处设置有气动阀。
7.根据权利要求4所述的一种氨分解制氢提纯设备，其特征在于：所述B塔出气管的一端与吸附塔B的出气端连接，其另一端与氢气总管连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的B塔出气管上从上至下依次与第一旁路总管、第二旁路总管和第三旁路总管连接，且与第一旁路总管、第二旁路总管的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管的连接处设置有止回阀；第一旁路总管的另一端与氢气总管连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管的另一端与第三旁路总管连接，且在连接处设置有气动阀。
8.根据权利要求4所述的一种氨分解制氢提纯设备，其特征在于：所述C塔出气管的一端与吸附塔C的出气端连接，其另一端与氢气总管连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的C塔出气管上从上至下依次与第一旁路总管、第二旁路总管和第三旁路总管连接，且与第一旁路总管、第二旁路总管的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管的连接处设置有止回阀；第一旁路总管的另一端与氢气总管连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管的另一端与第三旁路总管连接，且在连接处设置有气动阀。
9.根据权利要求4所述的一种氨分解制氢提纯设备，其特征在于：所述D塔出气管的一端与吸附塔D的出气端连接，其另一端与氢气总管连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的D塔出气管上从上至下依次与第一旁路总管、第二旁路总管和第三旁路总管连接，且与第一旁路总管、第二旁路总管的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管的连接处设置有止回阀；第一旁路总管的另一端与氢气总管连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管的另一端与第三旁路总管连接，且在连接处设置有气动阀。
10.根据权利要求4所述的一种氨分解制氢提纯设备，其特征在于：所述E塔出气管的一端与吸附塔E的出气端连接，其另一端与氢气总管连接，且在两管相交处设置有止回阀；位于止回阀与出气端之间的E塔出气管上从上至下依次与第一旁路总管、第二旁路总管和第三旁路总管连接，且与第一旁路总管、第二旁路总管的连接处设置有气动阀，在于第三旁路总管的连接处设置有止回阀；第一旁路总管的另一端与氢气总管连接，且在连接处设置有气动阀；第二旁路总管的另一端与第三旁路总管连接，且在连接处设置有气动阀。
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