CN116639709A - 一种载氢化学品撬装装置及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制氢技术领域，具体是一种载氢化学品撬装装置，包括底座、发电装置、氢气制备装置、氮气制备装置和氨气制备装置，以及液肥罐和二氧化碳压力罐；所述氢气制备装置、氮气制备装置和氨气制备装置，以及液肥罐和二氧化碳压力罐均可拆卸的安装在底座上表面，所述氢气制备装置和氮气制备装置位于前部，所述氨气制备装置位于中部，所述的液肥罐和二氧化碳压力罐位于后部。该装置结构紧凑，集发电、制氢、制氮、合成氨为一体，制备过程环保节能，应用广泛，有较高的经济和环境效益。

Description

一种载氢化学品撬装装置及其生产方法

技术领域

本发明涉及制氢技术领域，具体是一种载氢化学品撬装装置及其生产方法。

背景技术

撬装是设备框架和整体组合的一种形式，一组设备固定在底盘上，移动、就位可以使用撬杠。氢气作为清洁能源，目前多为电解或高温裂解，耗能较高且制氢过程会产生污染。

现有的制氢装置、制氮装置、制氨装置需要在现场建设，建设周期长，现有的制氢装置、制氨装置需要的原料为煤炭，经过气化、变换、合成等工序制备氢气、氨气，环境污染严重，生产过程中产生很多的废气、废水、废渣等。

氨水做为一种重要的氮源，具有成本的优点，但是缺点在于直接施用，会产生刺激性的氨气，对人鼻粘膜产生一定的伤害，现在一般不再直接施用氨水，而是使用氨气制成尿素、碳酸氢铵、硫酸铵等固体肥料，这样就增加了成本。

以及随着化肥的大量使用，土地出现板结现象严重，一般采用菌肥、有机肥来解决土壤板结的问题，但是成本较高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种载氢化学品撬装装置及其生产方法，结构紧凑，集发电、制氢、制氮、合成氨为一体，制备过程环保节能，有较高的经济和环境效益，解决直接使用氨气对人产生刺激的问题，解决土地板结的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种载氢化学品撬装装置，包括底座、发电装置、氢气制备装置、氮气制备装置和氨气制备装置，以及液肥罐和二氧化碳压力罐；

所述氢气制备装置、氮气制备装置和氨气制备装置，以及液肥罐和二氧化碳压力罐均可拆卸的安装在底座上表面，所述氢气制备装置和氮气制备装置位于前部，所述氨气制备装置位于中部，所述的液肥罐和二氧化碳压力罐位于后部；

所述的氢气制备装置为电解水制氢装置；

所述的氮气制备装置为压缩空气法制备氮气装置；

所述氨气制备装置包括依次连通的氨气合成塔、氨气缓冲罐和氨气储罐，所述氨气合成塔进口分别连通氢气制备装置的氢气出口管、氮气制备装置的氮气出口管；

液肥罐分别连通氨气储罐的氮气出口管和二氧化碳压力罐的二氧化碳出口管。

上述载氢化学品撬装装置，所述氢气制备装置包括纯净水储罐、KOH储罐、过滤器、电解槽、氧气储罐、氢气储罐、汽水分离器、储气罐、干燥器、高压缓冲罐、高压压缩机和氢气出口管；

所述纯净水储罐与所述KOH储罐连通；所述KOH储罐通过输送泵、过滤器与电解槽下部连通，所述电解槽上部分别与氧气储罐、氢气储罐连通；所述氧气储罐顶部设置放空管；

所述发电装置与电解槽底部连通用于为电解槽供应支流电；

所述氢气储罐、汽水分离器、干燥器、储气罐依次连接，所述储气罐的出口分支为两条管路，其中一条管路为氢气出口管、另一条管路连通至高压缓冲罐，所述高压缓冲罐与所述高压压缩机连通。

上述载氢化学品撬装装置，所述氮气制备装置包括依次连通的空压机、空气缓冲湿罐、冷干机组、吸干机组、空气缓冲干罐、变压吸附组、氮气工艺罐、氮气净化罐及氮气出口管；所述空气缓冲湿罐和冷干机组之间设有第一过滤器，所述冷干机组和吸干机之间设有第二过滤器；所述空压机、冷干机组、吸干机组和变压吸附组分别与发电装置连接用于供应电能。

上述载氢化学品撬装装置，所述吸干机组包括两个并联设置的吸干机，所述变压吸附组包括两个并联设置的变压吸附罐。

上述载氢化学品撬装装置，所述发电装置包括太阳能的电池板、整流调压器、UPS直流电源、逆变器和UPS交流电源，所述电池板由底座上设置的若干支撑杆支撑，所述电池板单晶硅电池片组成且其一侧与整流调压器、UPS直流电源通过导线依次连接、另一侧与所述逆变器、UPS交流电源通过导线依次连接。

上述载氢化学品撬装装置，所述的液肥罐为低压储水罐，耐压压力为0.2~0.6mpa；所述的二氧化碳压力罐为高压储气罐，耐压压力为0.8~1.6mpa。

本发明还涉及一种载氢化学品的生产方法，使用上述载氢化学品撬装装置，包括以下过程：通过发电装置利用太阳能发电，氢气制备装置生产氢气，氮气制备装置制备氮气，氨气制备装置利用氢气和氮气制备氨气；制备的氨气通入液肥罐中，再通入过量的二氧化碳气体；液肥罐中的液体肥料用于土壤施肥。

上述载氢化学品的生产方法，所述的液肥罐中氨气的加入量为0.5-2%（重量比） ，通入二氧化碳后的保持液肥罐内的二氧化碳压力为0.15~0.3mpa。

上述载氢化学品的生产方法，所述氢气制备的过程为：来自纯净水储罐的纯净水由泵打入KOH储罐与KOH混合形成电解质液，电解质液经过碱液过滤器过滤后由泵输送至电解槽，发电装置为电解槽供电，电解质液经电解后生产氧气和氧气，氧气经洗涤后进入氧气储罐，氢气经洗涤后进入储气罐，氢气经水环压缩机压缩后再经汽水分离器分离，分离后的氢气经干燥器干燥后进入储气罐，出储气罐的氢气经过高压压缩机压缩进入高压缓冲罐储存备用；

所述氮气制备的过程为：空气经空压机压缩后进入空气缓冲湿罐，继续经过第一过滤器过滤后的空气进入冷干机组，继续经过第二过滤器进入吸干机组，之后空气依次进入空气缓冲干罐、变压吸附组进行变压吸附分离出氮气并依次输送至氮气工艺罐、氮气净化罐净化后，再经冷却分离器由氮气出口管输出；

所述氨气制备过程：来自氢气储罐的氢气通过氢气出口管进入氨气合成塔中，来自氮气出口管的氮气进入氨气合成塔中，氮气与氨气在氨气合成塔中合成形成氨气，合成后的氨气被输送至氨气储罐存储。

本发明的有益效果为：利用太阳能发电为整个装置提供电能，实现氢气、氮气和氨气的生产，整个过程绿色费节能环保。

该橇装装置是一套完整的装置安装了阀门、泵和其他设备，不需要安装阀门、仪表等。现场工作量小，只需要管道和电的对外连接，为设备的现场安装节省了大量的工作。结构紧凑，占地面积小，大大节省了空间。可以整体移动，重复利用率高。

相比现有工艺，该方法主要以太阳能为能量来源、水、空气为原料，制备氢气、氨气，生产过程无废气、废水、废渣的排出，减少了环境污染，生产的氨，可以用作生产叶面肥等肥料的原料，可适用于太阳能资源丰富、运输条件差的区域，用于制备农作物所需要的肥料。

本发明在液肥罐中，加入少量的氨水，再加入过量的二氧化碳，使氨与二氧化碳生成碳酸氢铵。一是避免了氨气的挥发，防止对人体造成损伤。二是在液肥罐中保持一定的压力，可以使用大量的二氧化碳溶解在水中，通过滴灌技术将带有大量二氧化碳的液体肥料，进入土壤中，过量的二氧化碳会溢出土壤，可以疏松土壤，防止土壤板结。三是过量的二氧化碳进入土壤中，还可以促进作物根系吸收二氧化碳，促进植物的生长。四是可以将工业上产生的大量二氧化碳应用于农业中，促进粮食增产增收，降低二氧化碳排入量，达到降碳的目的。

附图说明

图1为本发明实施例的外部整体结构示意图；

图2为本发明实施例的内部结构示意图；

图3为本发明实施例的发电装置组成示意图；

图4为本发明实施例的氢气制备装置组成示意图；

图5为本发明实施例的氮气制备装置组成示意图；

图6为本发明实施例的氨气储存装置组成示意图。

图中：底座1、发电装置2、电池板21、整流调压器22、UPS直流电源23、逆变器24、UPS交流电源25、氢气制备装置3、纯净水储罐31、KOH储罐32、过滤器33、电解槽34、氧气储罐35、氢气储罐36、汽水分离器37、储气罐38、干燥器39、高压缓冲罐311、高压压缩机312、氢气出口管313、储气罐314、水环压缩机315、氮气制备装置4、空压机41、空气缓冲湿罐42、第一过滤器43、冷干机组44、第二过滤器45、吸干机组46、空气缓冲干罐47、变压吸附组48、氮气工艺罐49、氮气出口管411、氮气净化罐412、冷却分离器413、氨气制备装置5、氨气合成塔51、氨气缓冲罐52、氨气储罐53；二氧化碳压力罐6、液肥罐7、进水管71、出液肥管72、压力表73。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例一

本实施例是一种载氢化学品撬装装置，包括底座1、发电装置2、氢气制备装置3、氮气制备装置4和氨气制备装置5，以及液肥罐7和二氧化碳压力罐6。所述底座1为不锈钢材质，所述氢气制备装置3、氮气制备装置4和氨气制备装置5均可拆卸的安装在底座1上表面，所述氢气制备装置3和氮气制备装置4前后相邻布置，所述氨气制备装置5设在相邻于氢气制备装置3和氮气制备装置4的右侧，所述发电装置2采用太阳能发电，所述发电装置2位于氢气制备装置3、氮气制备装置4和氨气制备装置5的上方。

所述发电装置2包括太阳能的电池板21、整流调压器22、UPS直流电源23、逆变器24和UPS交流电源25。如图1和图3所示，所述电池板21由底座1上设置的若干支撑杆支撑，所述电池板21单晶硅电池片组成且其一侧与整流调压器22、UPS直流电源23通过导线依次连接、另一侧与所述逆变器24、UPS交流电源25通过导线依次连接。

如图4所示，所述氢气制备装置3包括纯净水储罐31、KOH储罐32、过滤器33、电解槽34、氧气储罐35、氢气储罐36、汽水分离器37、储气罐38、干燥器39、高压缓冲罐311、高压压缩机312和氢气出口管313。

所述纯净水储罐31与所述KOH储罐32连通；所述KOH储罐32通过输送泵、过滤器33与电解槽34下部连通，所述电解槽34上部分别与氧气储罐35、氢气储罐36连通。所述氧气储罐35顶部设置放空管。所述UPS直流电源23与电解槽34底部连通，用于为电解槽34供应支流电。

所述氢气储罐36、汽水分离器37、干燥器39、储气罐38依次连接，所述储气罐38的出口与所述高压压缩机312、高压缓冲罐311、氢气出口管313依次连接连。

如图5所示，所述氮气制备装置4包括依次连通的空压机41、空气缓冲湿罐42、冷干机组44、吸干机组46、空气缓冲干罐47、变压吸附组48、氮气工艺罐49和氮气出口管411。所述空气缓冲湿罐42和冷干机组44之间设有第一过滤器43，所述冷干机组44和吸干机组46之间设有第二过滤器45。所述空压机41、冷干机组44、吸干机组46和变压吸附组48分别与UPS交流电源25连接用于供应电能。

所述吸干机组46包括两个并联设置的吸干机，所述变压吸附组48包括两个并联设置的变压吸附罐。

如图6所示，所述氨气制备装置5，包括依次连通的氨气合成塔51、氨气缓冲罐52和氨气储罐53。所述氨气合成塔51进口分别连通氢气出口管313、氮气出口管411。

如图6所示，液肥罐7分别与二氧化碳压力罐6和氮气出口管411相连，氨气和二氧化碳气体可以进入液肥罐7中。液肥罐7还设置有进水管71和出液肥管72，以及用于显示压力的压力表73。

生产工艺：

本实施例是使用上述撬装装置的载氢化学品生产方法，包括太阳能发电、氢气制备、氮气制备和氨气制备。

所述太阳能发电的过程为：太阳能电池板21接收太阳照射将光能转换为电能，通过所述整流调压器22、UPS直流电源23、逆变器24和UPS交流电源25传输和存储电能。

所述氢气制备的过程为：来自纯净水储罐31的纯净水由泵打入KOH储罐32，与KOH储罐32中的KOH混合形成电解质液，电解质液经过碱液过滤器33过滤后由泵输送至电解槽34，UPS直流电源23输送的电能输送至所述电解槽34中，电解质液经电解后生产氧气和氧气，氧气经洗涤后进入氧气储罐35；生成的氢气经洗涤后进入储气罐314。由储气罐314经水环压缩机315压缩后，再经汽水分离器37分离，分离后的氢气经干燥器39干燥，干燥后进入储气罐38，出储气罐38的氢气经过高压压缩机312压缩进入高压缓冲罐311储存备用。

所述氮气制备的过程为：空气经空压机41压缩后进入空气缓冲湿罐42，之后经过第一过滤器过滤后依次进入冷干机组44、第二过滤器45、吸干机组46、空气缓冲干罐47、变压吸附组48，变压吸附后分离出氮气，氮气依次进入氮气工艺罐49、氮气净化罐412净化后，再经冷却分离器413由氮气出口管411输出。

所述氨气制备过程：来自氢气储罐36的氢气，通过氢气出口管313进入氨气合成塔51中，来自氮气出口管411的氮气进入氨气合成塔51中，氮气与氨气在氨气合成塔51中合成形成氨气，合成后的氨气被输送至氨气储罐53存储。

施肥方法

先将液肥罐中加满水，将氨气储罐中的氨气通入液肥罐中，使液肥罐中氨气的加入量为1%（重量比）。再通入过量的二氧化碳气体，使液肥罐内的二氧化碳压力保持在0.2mpa。液肥罐中的液体肥料与作物的滴灌系统连接，将液肥滴入土壤中，给予作物施肥。

经上述施肥方法，分别给予山东某地玉米作物进行滴灌，经一个作物生长周期使用，土壤板结现象有明显改善，玉米产量有12-15%增长，化肥成本降低30-45%。

Claims (9)

1.一种载氢化学品撬装装置，其特征在于：包括底座、发电装置、氢气制备装置、氮气制备装置和氨气制备装置，以及液肥罐和二氧化碳压力罐；

所述氢气制备装置、氮气制备装置和氨气制备装置，以及液肥罐和二氧化碳压力罐均可拆卸的安装在底座上表面，所述氢气制备装置和氮气制备装置位于前部，所述氨气制备装置位于中部，所述的液肥罐和二氧化碳压力罐位于后部；

所述的氢气制备装置为电解水制氢装置；

所述的氮气制备装置为压缩空气法制备氮气装置；

所述氨气制备装置包括依次连通的氨气合成塔、氨气缓冲罐和氨气储罐，所述氨气合成塔进口分别连通氢气制备装置的氢气出口管、氮气制备装置的氮气出口管；

液肥罐分别连通氨气储罐的氮气出口管和二氧化碳压力罐的二氧化碳出口管。

2.根据权利要求1所述的载氢化学品撬装装置，其特征在于：所述氢气制备装置包括纯净水储罐、KOH储罐、过滤器、电解槽、氧气储罐、氢气储罐、汽水分离器、储气罐、干燥器、高压缓冲罐、高压压缩机和氢气出口管；

所述纯净水储罐与所述KOH储罐连通；所述KOH储罐通过输送泵、过滤器与电解槽下部连通，所述电解槽上部分别与氧气储罐、氢气储罐连通；所述氧气储罐顶部设置放空管；

所述发电装置与电解槽底部连通用于为电解槽供应支流电；

所述氢气储罐、汽水分离器、干燥器、储气罐依次连接，所述储气罐的出口分支为两条管路，其中一条管路为氢气出口管、另一条管路连通至高压缓冲罐，所述高压缓冲罐与所述高压压缩机连通。

3.根据权利要求1所述的载氢化学品撬装装置，其特征在于：所述氮气制备装置包括依次连通的空压机、空气缓冲湿罐、冷干机组、吸干机组、空气缓冲干罐、变压吸附组、氮气工艺罐、氮气净化罐及氮气出口管；所述空气缓冲湿罐和冷干机组之间设有第一过滤器，所述冷干机组和吸干机之间设有第二过滤器；所述空压机、冷干机组、吸干机组和变压吸附组分别与发电装置连接用于供应电能。

4.根据权利要求3所述的载氢化学品撬装装置，其特征在于：所述吸干机组包括两个并联设置的吸干机，所述变压吸附组包括两个并联设置的变压吸附罐。

5.根据权利要求1所述的载氢化学品撬装装置，其特征在于：所述发电装置包括太阳能的电池板、整流调压器、UPS直流电源、逆变器和UPS交流电源，所述电池板由底座上设置的若干支撑杆支撑，所述电池板单晶硅电池片组成且其一侧与整流调压器、UPS直流电源通过导线依次连接、另一侧与所述逆变器、UPS交流电源通过导线依次连接。

6.根据权利要求1所述的载氢化学品撬装装置，其特征在于：所述的液肥罐为低压储水罐，耐压压力为0.2~0.6mpa；所述的二氧化碳压力罐为高压储气罐，耐压压力为0.8~1.6mpa。

7.一种载氢化学品的生产方法，其特征在于：使用上述权利要求1至6中任一项所述载氢化学品撬装装置，包括以下过程：通过发电装置利用太阳能发电，氢气制备装置生产氢气，氮气制备装置制备氮气，氨气制备装置利用氢气和氮气制备氨气；制备的氨气通入液肥罐中，再通入过量的二氧化碳气体；液肥罐中的液体肥料用于土壤施肥。

8.根据权利要求7所述载氢化学品的生产方法，其特征在于，所述的液肥罐中氨气的加入量为0.5-2%（重量比） ，通入二氧化碳后的保持液肥罐内的二氧化碳压力为0.15~0.3mpa。

9.根据权利要求7所述载氢化学品的生产方法，其特征在于，所述氢气制备的过程为：来自纯净水储罐的纯净水由泵打入KOH储罐与KOH混合形成电解质液，电解质液经过碱液过滤器过滤后由泵输送至电解槽，发电装置为电解槽供电，电解质液经电解后生产氧气和氧气，氧气经洗涤后进入氧气储罐，氢气经洗涤后进入储气罐，氢气经水环压缩机压缩后再经汽水分离器分离，分离后的氢气经干燥器干燥后进入储气罐，出储气罐的氢气经过高压压缩机压缩进入高压缓冲罐储存备用；

所述氮气制备的过程为：空气经空压机压缩后进入空气缓冲湿罐，继续经过第一过滤器过滤后的空气进入冷干机组，继续经过第二过滤器进入吸干机组，之后空气依次进入空气缓冲干罐、变压吸附组进行变压吸附分离出氮气并依次输送至氮气工艺罐、氮气净化罐净化后，再经冷却分离器由氮气出口管输出；

所述氨气制备过程：来自氢气储罐的氢气通过氢气出口管进入氨气合成塔中，来自氮气出口管的氮气进入氨气合成塔中，氮气与氨气在氨气合成塔中合成形成氨气，合成后的氨气被输送至氨气储罐存储。