CN110921625A - 合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于氦气回收技术领域，特别是涉及合成氨弛放气中含有氢气和氦气的分离回收装置。包括缓冲罐和气体膜回收装置，所述缓冲罐和所述气体膜回收装置通过管路连通，所述气体膜回收装置的出口端通过管路与氢分离回收装置连接。本发明的有益效果在于，通过将缓冲罐与合成氨弛放气排放口连通，合成氨弛放气中的气体能够依次经过气体膜回收装置、分离回收装置、第一压缩机、催化反应塔、第二压缩机、净化塔、纯化器，在分离回收装置的作用下能够制得高纯氢气，催化反应塔、净化塔和纯化器相互配合的作用，能够制得高纯氦气，从而能够将合成氨弛放气体中的氢气和氦气进行回收，实现了资源的回收和重复利用。

Description

合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置
技术领域
本发明属于氦气回收技术领域，特别是涉及合成氨弛放气中含有氢气和氦气的分离回收装置。
背景技术
氦气是一种无色无味的惰性气体，被广泛应用于科研、国防军工、半导体生产、金属制造、焊接及检漏等诸多领域。氦气的用途广、用量大，但获取来源却有限，是一种稀缺性战略资源。空气中氦含量约为5ppm，基本不具备提取价值，目前主要来源于天然气开采中的伴生气回收、合成氨弛放气回收、空分尾气回收等。因此对于氦气这种不宜获得的稀缺资源，开展回收再利用极具意义。
氢是宇宙中普遍存在的一种元素，氢气是一种重要的工业原料，在新能源电池、航天等领域应用广泛。氢气的最主要来源为水电解、甲醇/烃类裂解等，虽然氢气容易获取且相对廉价，但是对于弛放气尾气中氢气回收再利用却意义重大，一方面实现能源的重复利用，另一方面减少可燃物排放。
本发明为针对合成氨弛放气中含有的氢气和氦气分别实现回收利用。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，解决了现有的弛放气尾气中氢气和氦气回收难度大和重复利用率低的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，包括缓冲罐和气体膜回收装置，所述缓冲罐和所述气体膜回收装置通过管路连通，所述气体膜回收装置的出口端通过管路与氢分离回收装置连接，所述氢分离回收装置通过管路与催化反应塔连通，在所述氢分离回收装置与所述催化反应塔连通的管路上设置有第一压缩机，所述催化反应塔和净化塔通过管路连通，上述管路上设置有第二压缩机，所述净化塔与纯化器通过管路连通。
于本发明合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，优选的，所述缓冲罐与合成氨弛放气排放口连通，所述缓冲罐出口设置减压阀和气动阀门，所述缓冲罐出口管路上设置氢气、氦气的浓度监测仪表。
于本发明合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，优选的，所述气体膜回收装置具体为中空纤维气体膜分离器，所述气体膜分离器采用不锈钢金属外壳，所述气体膜回收装置尾气端连通有被压阀，所述气体膜回收装置渗透气通过管路与氢分离回收装置连接，二者之间管路上设置气动阀门。
于本发明合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，优选的，所述氢分离回收装置所用核心分离组件具体金属钯膜为主，包括但不限于钯膜，所述氢分离回收装置还采用电加热器分别加热气体和分离组件。。
于本发明合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，优选的，所述第一压缩机为无油压缩机，第一压缩机出口设置气动球阀和旁通管路，气动球阀下游管路设置氢气的浓度监测仪表和流量计。
于本发明合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，优选的，所述催化反应塔内部装填陶瓷、分子筛等负载的重金属催化剂，包括但不限于Pt等重金属，催化反应塔分别内置和外置电加热器，催化反应塔内置气体扰流和再分配器，催化反应塔底部设置氧气或干燥空气的馈入管路，并在馈入管路上设置质量流量计，并根据第一压缩机出口管路上设置的氢气浓度监测仪表和流量计数值计算单位时间馈入的氧含量，催化反应塔出口管路上设置气动阀和氦气浓度监测仪表。
于本发明合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，优选的，所述第二压缩机为包括但不限于活塞式压缩机、隔膜式压缩机、后增压设备等，第二压缩机出口管路上设置气动阀、氢气浓度监测仪表和氧气浓度监测仪表。
于本发明合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，优选的，所述净化塔内部装填分子筛等净化材料，净化塔内部设置气体再分配器，净化塔出口设置气动阀。
于本发明合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，优选的，所述纯化器整体为真空绝热容器，内置换热器、吸附塔和冷却介质，所述换热器安装在纯化器顶部，所述吸附塔安装在所述纯化器底部，所述吸附塔包括多个吸附单元，所述吸附塔内部装填包括但不限于分子筛、活性炭等吸附材料。
(三)有益效果
本发明提供了合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置。具备以下有益效果：
本发明的有益效果在于，通过将缓冲罐与合成氨弛放气排放口连通，合成氨弛放气中的气体能够依次经过气体膜回收装置、分离回收装置、第一压缩机、催化反应塔、第二压缩机、净化塔、纯化器，在分离回收装置的作用下能够制得高纯氢气，催化反应塔、净化塔和纯化器相互配合的作用，能够制得高纯氦气，从而能够将合成氨弛放气体中的氢气和氦气进行回收，实现了资源的回收和重复利用。
附图说明
图1为本发明分离回收装置的示意图。
图中：1缓冲罐、2气体膜回收装置、3分离回收装置、4第一压缩机、5催化反应塔、6第二压缩机、7净化塔、8纯化器。
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。
如图1所示，本发明提供一种技术方案：合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，包括缓冲罐1和气体膜回收装置2，缓冲罐1和气体膜回收装置2通过管路连通，气体膜回收装置2的出口端通过管路与氢分离回收装置3连接，氢分离回收装置3通过管路与催化反应塔5连通，在氢分离回收装置3与催化反应塔5连通的管路上设置有第一压缩机4，催化反应塔5和净化塔7通过管路连通，上述管路上设置有第二压缩机6，净化塔7与纯化器8通过管路连通。
本发明具体的，缓冲罐1与合成氨弛放气排放口连通，缓冲罐容积根据弛放气定时排放量而定，缓冲罐1出口设置减压阀和气动阀门，以维持缓冲罐内压力～1Mpa，缓冲罐1出口管路上设置氢气、氦气的浓度监测仪表。气体膜回收装置2具体为中空纤维气体膜分离器，气体膜分离器采用不锈钢金属外壳，氢、氦可同时在气体膜分离器中渗透，气体膜回收装置2尾气端连通有被压阀，以维持其工作过程的压力稳定，被压阀下游通过管路将气体膜回收装置2的尾气引入气体锅炉，减少废气的排放，气体膜回收装置2渗透气通过管路与氢分离回收装置3连接，二者之间管路上设置气动阀门。氢分离回收装置3所用核心分离组件具体金属钯膜为主，包括但不限于钯膜，氢分离回收装置3还采用电加热器分别加热气体和分离组件。氢分离回收装置3工作在300-400℃，采用电加热器分别加热气体和分离组件，在渗透气侧可获得高纯氢气。第一压缩机4为无油压缩机，可供压力范围0.1-1.0MPa，第一压缩机4出口设置气动球阀和旁通管路，气动球阀下游管路设置氢气的浓度监测仪表和流量计。催化反应塔5内部装填陶瓷、分子筛等负载的重金属催化剂，包括但不限于Pt等重金属，催化反应塔5分别内置和外置电加热器，可提供温度范围0-500℃，催化反应塔5内置气体扰流和再分配器，催化反应塔5底部设置氧气或干燥空气的馈入管路，并在馈入管路上设置质量流量计MFC，并根据第一压缩机4出口管路上设置的氢气浓度监测仪表和流量计数值计算单位时间馈入的氧含量，催化反应塔5出口管路上设置气动阀和氦气浓度监测仪表。第二压缩机6为包括但不限于活塞式压缩机、隔膜式压缩机、后增压设备等，经第二压缩机6增压的气体压力最低为3.0MPa，第二压缩机6出口管路上设置气动阀、氢气浓度监测仪表和氧气浓度监测仪表。净化塔7内部装填分子筛等净化材料，净化塔7内部设置气体再分配器，净化塔7出口设置气动阀。纯化器8整体为真空绝热容器，内置换热器、吸附塔和冷却介质，换热器安装在纯化器8顶部，实现从净化塔7出来的气体与出吸附塔的纯氦气逆流换热，吸附塔安装在纯化器8底部，吸附塔包括多个吸附单元，分别通过管路串联或者并联连接，吸附塔浸泡在冷却介质中，冷却介质提供不高于-20℃的低温环境，吸附塔内部装填包括但不限于分子筛、活性炭等吸附材料。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，包括缓冲罐(1)和气体膜回收装置(2)，其特征在于：所述缓冲罐(1)和所述气体膜回收装置(2)通过管路连通，所述气体膜回收装置(2)的出口端通过管路与氢分离回收装置(3)连接，所述氢分离回收装置(3)通过管路与催化反应塔(5)连通，在所述氢分离回收装置(3)与所述催化反应塔(5)连通的管路上设置有第一压缩机(4)，所述催化反应塔(5)和净化塔(7)通过管路连通，上述管路上设置有第二压缩机(6)，所述净化塔(7)与纯化器(8)通过管路连通。
2.根据权利要求1所述的合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，其特征在于：所述缓冲罐(1)与合成氨弛放气排放口连通，所述缓冲罐(1)出口设置减压阀和气动阀门，所述缓冲罐(1)出口管路上设置氢气、氦气的浓度监测仪表。
3.根据权利要求1所述的合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，其特征在于：所述气体膜回收装置(2)具体为中空纤维气体膜分离器，所述气体膜分离器采用不锈钢金属外壳，所述气体膜回收装置(2)尾气端连通有被压阀，所述气体膜回收装置(2)渗透气通过管路与氢分离回收装置(3)连接，二者之间管路上设置气动阀门。
4.根据权利要求1所述的合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，其特征在于：所述氢分离回收装置(3)所用核心分离组件具体金属钯膜为主，包括但不限于钯膜，所述氢分离回收装置(3)还采用电加热器分别加热气体和分离组件。
5.根据权利要求1所述的合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，其特征在于：所述第一压缩机(4)为无油压缩机，第一压缩机(4)出口设置气动球阀和旁通管路，气动球阀下游管路设置氢气的浓度监测仪表和流量计。
6.根据权利要求1所述的合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，其特征在于：所述催化反应塔(5)内部装填陶瓷、分子筛等负载的重金属催化剂，包括但不限于Pt等重金属，催化反应塔(5)分别内置和外置电加热器，催化反应塔(5)内置气体扰流和再分配器，催化反应塔(5)底部设置氧气或干燥空气的馈入管路，并在馈入管路上设置质量流量计(MFC)，并根据第一压缩机(4)出口管路上设置的氢气浓度监测仪表和流量计数值计算单位时间馈入的氧含量，催化反应塔(5)出口管路上设置气动阀和氦气浓度监测仪表。
7.根据权利要求1所述的合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，其特征在于：所述第二压缩机(6)为包括但不限于活塞式压缩机、隔膜式压缩机、后增压设备等，第二压缩机(6)出口管路上设置气动阀、氢气浓度监测仪表和氧气浓度监测仪表。
8.根据权利要求1所述的合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，其特征在于：所述净化塔(7)内部装填分子筛等净化材料，净化塔(7)内部设置气体再分配器，净化塔(7)出口设置气动阀。
9.根据权利要求1所述的合成氨弛放气中氢气和氦气的分离回收装置，其特征在于：所述纯化器(8)整体为真空绝热容器，内置换热器、吸附塔和冷却介质，所述换热器安装在纯化器(8)顶部，所述吸附塔安装在所述纯化器(8)底部，所述吸附塔包括多个吸附单元，所述吸附塔内部装填包括但不限于分子筛、活性炭等吸附材料。
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