CN114956018A - 一种高氢氦气恒温脱氢设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气体净化技术领域，具体公开了一种高氢氦气恒温脱氢设备及方法，高氢氦气恒温脱氢设备包括反应器壳体，所述反应器壳体上设有恒温导热介质进口和恒温导热介质出口，所述反应器壳体内顺次排列有多根催化剂管道，所述催化剂管道内填充有脱氢催化剂，第一级所述催化剂管道的进气端连接有初级气体混合均布器，前一级所述催化剂管道的出气端与后一级所述催化剂管道的进气端之间连接有一个中间气体混合均布器，所述初级气体混合均布器以及每个所述中间气体混合均布器均与氧气源连接，本发明与传统脱氢设备相比，流程简单、结构紧凑，且脱氢精度、效率高，具有更好的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及气体净化技术领域，尤其涉及一种高氢氦气恒温脱氢设备及方法。
背景技术
由于氢气在空气中的爆炸极限是4％～75.6％，且氢气和氧气反应为放热过程，而现有的催化氧化脱氢方法均采用绝热反应器，为了防止反应超温、飞温甚至发生爆炸，现有的脱氢方法如下：
(1)多级脱氢串联，具体做法为先在富氢氦气中加入部分氧气，进入一级脱氢反应器进行脱氢反应，出反应器的氦气升温达到设计极限，然后进入预冷器和冷却器组成的换热系统进行降温，降温后再加入部分氧气，继续进入二级脱氢反应器进行脱氢反应，出二级反应器的氦气升温达到设计极限，降温后继续进入下级脱氢系统，直至脱氢合格后去下段工序，该方法的缺点：一是流程复杂，设备多，投资大；二是每级反应器为绝热反应器，如果分步加氧系统故障，当其中一级加氧过量，反应器存在超温、飞温甚至发生爆炸的风险；
(2)利用压缩机或风机等动力设备将脱氢后的氦气循环至脱氢反应器进口，稀释进入脱氢反应器的氢气浓度，该方法缺点：一是流程复杂，设备多，投资大；二是动设备投资大、能耗高，运行成本高；三是通过循环虽然稀释了氢气浓度，但是导致进入反应器的气量增大，在反应要求的同等空速条件下，催化剂装填量大，设备规格及投资变大，投资及生产成本增加；四是循环动力设备存在跳车等故障风险，一旦循环动力设备停机，反应器存在超温、飞温甚至发生爆炸的风险，
(3)多级脱氢串联与循环结合共用，两种方法共用的优点是减少了多级串联脱氢的级数，同时降低了循环气量，但是依然同时具备两种方法各自具有的缺点。
发明内容
为解决背景技术中提到的问题，本发明的目的在于提供一种高氢氦气恒温脱氢设备及方法。
为了实现上述目标，本发明的技术方案为：
一种高氢氦气恒温脱氢设备，包括反应器壳体，所述反应器壳体上设有恒温导热介质进口和恒温导热介质出口，所述反应器壳体内顺次排列有多根催化剂管道，所述催化剂管道内填充有脱氢催化剂，每根所述催化剂管道的进气端和出气端均位于反应器壳体之外，第一级所述催化剂管道的进气端连接有初级气体混合均布器，前一级所述催化剂管道的出气端与后一级所述催化剂管道的进气端之间连接有一个中间气体混合均布器，所述初级气体混合均布器以及每个所述中间气体混合均布器均与氧气源连接。
进一步的，所述初级气体混合均布器以及每个中间气体混合均布器与所述氧气源之间均设有调节阀。
一种高氢氦气恒温脱氢方法，包含以下步骤：
(1)：向所述反应器壳体内输入恒温导热介质；
(2)：将来自上工序的含氢氦气顺次通过多根所述催化剂管道，含氢氦气进入第一级所述催化剂管道前，在所述初级气体混合均布器内与来自氧气源的氧气混合，来自前一级所述催化剂管道的含氢氦气进入后一级所述催化剂管道前，在所述中间气体混合均布器内与来自氧气源的氧气混合，含氢氦气与氧气混合后一起进入所述催化剂管道内，含氢氦气与氧气会在脱氢催化剂的作用下发生脱氢放热反应，反应产生的热量由所述恒温导热介质吸收，含氢氦气脱氢合格后由最后一级所述催化剂管道排入后工序。
进一步的，所述恒温导热介质由所述恒温导热介质进口输入反应器壳体内，所述恒温导热介质吸热变相后由所述恒温导热介质出口输出所述反应器壳体。
进一步的，所述恒温导热介质为饱和水。
本发明的有益效果为：1：与传统工艺相比，流程简单，设备紧凑，投资省；2：使用恒温导热介质，与传统绝热反应器相比，温度控制手段更先进，即使加氧系统失效也不会发生超温、飞温甚至发生爆炸的风险；3：通过气体混合分布器和催化剂管束的组合，一台设备可以实现多级脱氢，脱除精度和脱除率更高；4：反应产生的热量可以经过恒温导热介质进行综合利用，比如采用饱和水作为导热介质时，可副产蒸汽；5：当氦气中氢气含量越高，本发明与传统工艺相比优势更加明显；6：本发明所述设备及原理同样可用于其他催化氧化脱除可燃物的气体净化场合。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
附图编号说明：1、反应器壳体，11、恒温导热介质进口，12、恒温导热介质出口，2、催化剂管道，3、初级气体混合均布器，4、中间气体混合均布器，5、氧气源，6、调节阀,7、上游单元。
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。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1：
如图1所示，一种高氢氦气恒温脱氢设备，包括反应器壳体1，反应器壳体1的底部设有恒温导热介质进口11，反应器壳体1的顶部设有恒温导热介质出口12，反应器壳体1内由左往右顺次排列有三组催化剂管道2，催化剂管道2竖直设置，最左端的催化剂管道2为第一级，中间的催化剂管道2为第二级，最右端的催化剂管道2为第三级，催化剂管道2内填充有脱氢催化剂，每根催化剂管道2的进气端和出气端均位于反应器壳体1之外，第一级催化剂管道2的进气端连接有初级气体混合均布器3，第一级催化剂管道2的出气端与第二级催化剂管道2的进气端之间连接有一个中间气体混合均布器4，第二级催化剂管道2的出气端与第三级催化剂管道2的进气端连接有一个中间气体混合均布器4，初级气体混合均布器3以及两个中间气体混合均布器4均与氧气源5连接，初级气体混合均布器3与上游单元7连接。
本实施例中，初级气体混合均布器3以及每个中间气体混合均布器4与氧气源5之间均设有调节阀6，便于调节氧气的输入量。
某氦气装置使用实施例1的高氢氦气恒温脱氢设备进行催化氧化脱氢，包含以下步骤：
(1)：从恒温导热介质进口11向反应器壳体1内输入恒温导热介质，恒温导热介质采用1.30MPa(约195℃)饱和水；
(2)：将来自上游单元7的60Nm3/h含氢氦气(氢含量约为12.5％)，以及来自氧气源5的1.25Nm3/h的纯氧通入初级气体混合均布器3内混合，将混合后的气体通入第一级催化剂管道2内，在195℃条件下进行一级催化氧化脱氢反应，反应热被饱和水吸收，饱和水变成蒸汽后从恒温导热介质出口12排出，多余的含氢氦气从第一级催化剂管道2的出气端排出；
从第一级催化剂管道2排出的含氢氦气进入第一级催化剂管道2与第二级催化剂管道2之间的中间气体混合均布器4，与来自氧气源5的1.25Nm3/h氧气进行混合，混合均匀后进入第二级催化剂管道2，在195℃条件下进行二级催化氧化脱氢反应，反应热饱和水吸收，饱和水变成蒸汽后从恒温导热介质出口12排出，多余的含氢氦气从第二级催化剂管道2的出气端排出；
从第二级催化剂管道2排出的含氢氦气进入第二级催化剂管道2与第三级催化剂管道2之间的中间气体混合均布器4，与来自氧气源5的1.30Nm3/h氧气进行混合，混合均匀后进入第三级催化剂管道2，在195℃条件下进行三级催化氧化脱氢反应，反应热被饱和水吸收，饱和水变成蒸汽后从恒温导热介质出口12排出，经过三根催化剂管道2后，含氢氦气脱氢合格，脱氢合格的氦气去后冷却干燥工序，一小时内总共产生90kg蒸汽。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所有的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高氢氦气恒温脱氢设备，其特征在于，包括反应器壳体，所述反应器壳体上设有恒温导热介质进口和恒温导热介质出口，所述反应器壳体内顺次排列有多根催化剂管道，所述催化剂管道内填充有脱氢催化剂，每根所述催化剂管道的进气端和出气端均位于反应器壳体之外，第一级所述催化剂管道的进气端连接有初级气体混合均布器，前一级所述催化剂管道的出气端与后一级所述催化剂管道的进气端之间连接有一个中间气体混合均布器，所述初级气体混合均布器以及每个所述中间气体混合均布器均与氧气源连接。
2.根据权利要求1所述的一种高氢氦气恒温脱氢设备，其特征在于，所述初级气体混合均布器以及每个中间气体混合均布器与所述氧气源之间均设有调节阀。
3.一种高氢氦气恒温脱氢方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)：向所述反应器壳体内输入恒温导热介质；
(2)：将来自上工序的含氢氦气顺次通过多根所述催化剂管道，含氢氦气进入第一级所述催化剂管道前，在所述初级气体混合均布器内与来自所述氧气源的氧气混合，来自前一级所述催化剂管道的含氢氦气进入后一级所述催化剂管道前，在所述中间气体混合均布器内与来自氧气源的氧气混合，含氢氦气脱氢合格后由最后一级所述催化剂管道排入后工序。
4.根据权利要求3所述的一种高氢氦气恒温脱氢方法，其特征在于，所述恒温导热介质由所述恒温导热介质进口输入反应器壳体内，所述恒温导热介质吸热变相后由所述恒温导热介质出口输出所述反应器壳体。
5.根据权利要求3所述的一种高氢氦气恒温脱氢方法，其特征在于，所述恒温导热介质为饱和水。
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