CN202508877U - 一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，主要由加氢除氧氮气精制系统、以及与加氢除氧氮气精制系统连接的中空纤维膜除氢系统构成。加氢除氧氮气精制系统主要由加氢控制阀（1）、以及依次与加氢控制阀（1）连接的氢氮混合器（2）、催化反应器（3）、冷却器（4）、除水器（5）构成；所述除水器（5）和氢氮混合器（2）均与中空纤维膜除氢系统连接。本实用新型很好地解决了现有氮气加氢纯化制取高纯氮技术不能很好地解决的氢气含量的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及中空纤维膜用于氮气纯化的装置，用以将氮气中的氢气净除而获得高纯度的氮气。主要用于工业气体领域，具体地说，涉及一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置。
背景技术
现有的粗氮气加气除氧纯化制取高纯氮装置的生产过程包括加氢控制阀、氢氮混合器、催化反应器、冷却器、除水器、气体干燥装置。这种装置存在的缺陷如下：
1. 通常工业上要求的高纯氮气中的氧含量应当小于10ppm。如果当含氧量为1%的粗氮气进入加氢除氧纯化装置中时，根据反应式：O2 + 2H2 = 2H2O，一份氧气必须加入至少两份或以上的氢气，才能反应后将氧气除净。因此，通常会过量加入氢气，保证反应完全，即可以彻底除氧。但导致的问题是，加入的氢气过量越多，除氧反应后最终高纯氮气中氢的含量也会越高，通常氢气含量可能达到2000ppm以上。此种情况下，对于氢气不敏感的应用工艺中，是可以接受的，但对于氢气比较敏感的应用工艺中，这么高的残余氢含量往往是不可以接受的；
2. 即使采用特殊的催化剂，进行除氧再除氢的工艺步骤，但在用户用高纯氮量在波动的情况下，氧、氢的含量相应地会出现较大幅度的波动。而通常在工艺过程中，高纯氮中含氧量超标，是最不被许可的。
因此，需要设计一种新型的氮气纯化装置，即使在用户用气量波动的条件下，必须确保氧含量严格控制在许可值以下，而氢含控制在许可的一定值范围内。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，该装置能克服现有技术中存在的缺陷，用以制取的高纯度氮气中，不仅除氧彻底，含氢量也可以控制在用户允许的范围以内。尤其在某些特定的工艺过程所需要高纯度氮气，除了对氧气有严格的含量要求外，对氢气含量也有要求时。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，主要由加氢除氧氮气精制系统、以及与加氢除氧氮气精制系统连接的中空纤维膜除氢系统构成。
所述加氢除氧氮气精制系统主要由加氢控制阀、以及依次与加氢控制阀连接的氢氮混合器、催化反应器、冷却器、除水器构成；所述除水器和氢氮混合器均与中空纤维膜除氢系统连接。
所述中空纤维膜除氢系统主要由连接于除水器的中空纤维膜组、以及与中空纤维膜组连接的循环增压器构成；所述循环增压器还与氢氮混合器连接。
所述中空纤维膜组主要由若干个中空纤维膜体组合构成，每一个中空纤维膜体的底部均与除水器导通连接，每一个中空纤维膜体还与循环增压器连通。
所述中空纤维膜体主要由金属外壳、以及设置在金属外壳内部的高分子中空膜纤维束构成。
所述金属外壳外壁设置有渗透侧管路，所述循环增压器与渗透侧管路相连通。
所述加氢控制阀为一种自动控制阀。
所述催化反应器包括壳体、以及设置在壳体内部的催化剂。
所述冷却器是一种两通道的换热器，其中一个通道的两端分别与催化反应器和除水器连通；另一个通道的两端与冷却水系统连通。
所述除水器的底部设置有疏水器。
具体的说：一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，主要由加氢除氧氮气精制系统、以及与加氢除氧氮气精制系统连接的中空纤维膜除氢系统构成。即包括加氢控制阀、氢氮混合器、催化反应器、冷却器、除水器、中空纤维膜组及循环增压器等组成；
所述加氢控制阀为一种自动控制阀，用于控制加氢气量确保粗氮中所含氧气在反应器中可完全催化反应。
所述氢氮混合器从一端进入粗氮气，其侧面与加氢控制阀控制的氢气管道连接，在混合器内两种气体可均匀混合。
所述催化反应器包括外部的壳体和壳体内部的催化剂，构成一个催化反应容器，其壳体顶部进入由氢氮混合器来的氮氢混合气，底部输出反应后氮气。
所述冷却器是一种两通道的换热，其中一个通道与氮气管道连接，另一个通道与冷却水连接。
所述除水器将反应并冷却后的水份收集，在其底部设置有疏水器，将游离水排除。
所述中空纤维膜组以并联的方式将多根（也可为一根）中空纤维膜体组合，与除水器连接，通入去水后的精氮气，并与除去氢气后的精氮管路连接。
所述循环增压器与中空纤维膜体的渗透侧管路相连接，渗透侧管路内的氮气增压后与进入氢氮混合器。即由中空纤维膜分离出来的氢气及部分氮气，通过循环增压器进入氢氮混合器，实现氢气的循环利用。
氮氢混合器、反应器、冷却器及除水器等前后布置，通过串联方式设置。
中空纤维膜具有非常强大的干燥功能，在除去氢气的同时，可以将已除去游离水的氮气干燥到满足用户要求的干燥度，无须另外再设置干燥装置。因此，只需设计一个具备中空纤维膜的结构，即可代替原有的干燥装置，优化结构，这种具备中空纤维膜的结构，即为本实用新型提及的中空纤维膜体。
每一根中空纤维膜体，由金属外壳及高分子中空膜纤维束所组成。分离出来的氢气由低压渗透侧收集后，再增压循环利用。
中空纤维膜体的出口，将输出符合用户要求含氧及含氢量的精氮气，与用户端连接。
综上所述，本实用新型的有益效果是：
1. 本实用新型可以现场制取高纯度氮气，其氧含量不超过10ppm，其氢含量也可控制在10~200ppm，从而克服了原有技术中高纯氮气中氢气含量达到甚至超过程2000ppm的缺陷。
2. 本实用新型解决了特定用户在高纯氮用气量波动的情况下，确保产生的高纯度氮气中氧含量及氢含量均不会超标。
3. 本实用新型装置的过量氢气，可以回收利用，因此氢气利用率接近100%。
4．本实用新型的中空纤维膜为高科技产品，静态运行，不存在运动部件，具有高可靠性。
5.本实用新型装置可以方便、快捷地从粗制氮气中制取高纯度氮气。装置可以即开即停。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
附图中标号对应零部件名称为：1-加氢控制阀、2-氢氮混合器、3-催化反应器、4-冷却器、5-除水器、6-中空纤维膜组、7-循环增压器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，主要由加氢除氧氮气精制系统、以及与加氢除氧氮气精制系统连接的中空纤维膜除氢系统构成。所述加氢除氧氮气精制系统主要由加氢控制阀1、以及依次与加氢控制阀1连接的氢氮混合器2、催化反应器3、冷却器4、除水器5构成；所述除水器5和氢氮混合器2均与中空纤维膜除氢系统连接。所述中空纤维膜除氢系统主要由连接于除水器5的中空纤维膜组6、以及与中空纤维膜组6连接的循环增压器7构成；所述循环增压器7还与氢氮混合器2连接。所述中空纤维膜组6主要由若干个中空纤维膜体组合构成，每一个中空纤维膜体的底部均与除水器5导通连接，每一个中空纤维膜体还与循环增压器7连通。所述中空纤维膜体主要由金属外壳、以及设置在金属外壳内部的高分子中空膜纤维束构成。所述金属外壳外壁设置有渗透侧管路，所述循环增压器7与渗透侧管路相连通。所述加氢控制阀1为一种自动控制阀。所述催化反应器3包括壳体、以及设置在壳体内部的催化剂。所述冷却器4是一种两通道的换热器，其中一个通道的两端分别与催化反应器3和除水器5连通；另一个通道的两端与冷却水系统连通。所述除水器5的底部设置有疏水器。
具体的说：本实用新型包括加氢控制阀、氢氮混合器、催化反应器、冷却器、除水器、中空纤维膜组及循环增压器等组成；其中加氢控制阀为一种自动控制阀，用于控制加氢气量确保粗氮中所含氧气在反应器中可完全催化反应。所述氢氮混合器从一端进入粗氮气，其侧面与加氢控制阀控制的氢气管道连接，在混合器内两种气体可均匀混合。所述催化反应器包括外部的壳体和壳体内部的催化剂，构成一个催化反应容器，其壳体顶部进入由氢氮混合器来的氮氢混合气，底部输出反应后氮气。所述冷却器是一种两通道的换热，其中一个通道与氮气管道连接，另一个通道与冷却水连接。所述除水器将反应并冷却后的水份收集，在其底部设置有疏水器，将游离水排除。所述中空纤维膜组以并联的方式将多根（也可为一根）中空纤维膜体组合，与除水器连接，通入去水精氮气，并与除去氢气后的精氮管路连接。所述循环增压器与中空纤维膜体的渗透侧管路相连接，渗透侧管路内的氮气增压后与进入氢氮混合器。即由中空纤维膜分离出来的氢气及部分氮气，通过循环增压器进入氢氮混合器，实现氢气的循环利用。氮氢混合器、反应器、冷却器及除水器等前后布置，通过串联方式设置。中空纤维膜具有非常强大的干燥功能，在除去氢气的同时，可以将已除去游离水的氮气干燥到满足用户要求的干燥度，无须另外再设置干燥装置。因此，只需设计一个具备中空纤维膜的结构，即可代替原有的干燥装置，优化结构，这种具备中空纤维膜的结构，即为本实用新型提及的中空纤维膜体。每一根中空纤维膜体，由金属外壳及高分子中空膜纤维束所组成。分离出来的氢气由低压渗透侧收集后，再增压循环利用。中空纤维膜体的出口，将输出符合用户要求含氧及含氢量的精氮气，与用户端连接。
气体的流程为：99%的氮气进入氢氮混合器，氢气在加氢控制阀的控制下，有比例的也进入氢氮混合器，在氢氮混合器的作用下，99%的氮气和氢气充分混合形成混合气体。然后将混合气输送到催化反应器内部，在催化反应器内部的催化剂的作用下发生化学反应，化学反应式为：O2 + 2H2 = 2H2O，在催化反应器底部输出纯度较高的氮气，高纯度的氮气经过除水器的除水作用，变得较为干燥。然后该氮气被输送到由若干中空纤维膜件组成的中空纤维膜组内，在中空纤维膜体的渗透和干燥下，输出纯度达到99.999%的氮气，部分分离出来的氢气由低压渗透侧收集后，通过循环增压器的控制，被输入到氢氮混合器内进行循环再利用。
实施例2
本实施例与实施例1的结构基本相同，其区别仅在于：所述除水器可以是不同类型的气体干燥装置。
如上所述，便可较好的实现本实用新型。
Claims (10)
1.一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，其特征在于：主要由加氢除氧氮气精制系统、以及与加氢除氧氮气精制系统连接的中空纤维膜除氢系统构成。
2.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，其特征在于：所述加氢除氧氮气精制系统主要由加氢控制阀（1）、以及依次与加氢控制阀（1）连接的氢氮混合器（2）、催化反应器（3）、冷却器（4）、除水器（5）构成；所述除水器（5）和氢氮混合器（2）均与中空纤维膜除氢系统连接。
3.根据权利要求2所述的一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，其特征在于：所述中空纤维膜除氢系统主要由连接于除水器（5）的中空纤维膜组（6）、以及与中空纤维膜组（6）连接的循环增压器（7）构成；所述循环增压器（7）还与氢氮混合器（2）连接。
4.根据权利要求3所述的一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，其特征在于：所述中空纤维膜组（6）主要由若干个中空纤维膜体组合构成，每一个中空纤维膜体的底部均与除水器（5）导通连接，每一个中空纤维膜体还与循环增压器（7）连通。
5.根据权利要求4所述的一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，其特征在于：所述中空纤维膜体主要由金属外壳、以及设置在金属外壳内部的高分子中空膜纤维束构成。
6.根据权利要求5所述的一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，其特征在于：所述金属外壳外壁设置有渗透侧管路，所述循环增压器（7）与渗透侧管路相连通。
7.根据权利要求2-6中任意一项所述的一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，其特征在于：所述加氢控制阀（1）为一种自动控制阀。
8.根据权利要求2-6中任意一项所述的一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，其特征在于：所述催化反应器（3）包括壳体、以及设置在壳体内部的催化剂。
9.根据权利要求2-6中任意一项所述的一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，其特征在于：所述冷却器（4）是一种两通道的换热器，其中一个通道的两端分别与催化反应器（3）和除水器（5）连通；另一个通道的两端与冷却水系统连通。
10.根据权利要求2-6中任意一项所述的一种中空纤维膜用于氮气中除氢的装置，其特征在于：所述除水器（5）的底部设置有疏水器。
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