CN203890052U - 一种制氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种制氢装置，其包括汽化塔、预热罐、转化炉、换热罐、冷却罐、水洗塔、循环液储槽、转化气缓冲罐、产品气缓冲罐、脱盐水中间罐和甲醇中间罐，甲醇和脱盐水在循环液储槽内混合，之后通过循环液输送泵送入换热罐内，经初步预热后，混合液进入汽化塔内汽化，汽化后的源料气经过预热罐预热后在进入转化炉转化，转化气经换热罐和冷却罐降温后再送入水洗塔进行吸收分离，水洗后的气体从水洗塔顶部引出并经缓冲后送变压吸附提氢。本实用新型制氢装置的工艺流程简单，设备控制方便，氢气的产率高。经过多次预热和换热后，热量的利用率高，同时，水洗塔底部的液体通过回流管回流到循环液储罐，源料的利用率高。

Description

一种制氢装置

技术领域

本实用新型涉及一种工业制氢气装置。

背景技术

氢气作为一种还原剂和加氢剂在工业上广泛使用。传统制备氢气的工业方法是电解水法，电解水法制氢气对水的纯度要求高且该方法还存在耗电多、危险性高和氢气产率慢等诸多缺陷。

甲醇具有源料易得、氢含量高、储运方便和制氢条件温和等优点，因此，在工业制氢领域，利用甲醇制氢气的工艺方法逐渐得到推广应用。由于目前的甲醇制氢气的工艺成熟度不高，在工业应用上，甲醇制氢气的装置还存在热量利用率低，工艺设备复杂、源料浪费严重和氢气产率低等缺点。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种设备流程简单、控制方便、氢气产率以及源料和热量利用率高的制氢装置。

为解决上述技术问题，本实用新型制氢装置的结构特点是包括汽化塔、预热罐、转化炉、换热罐、冷却罐、水洗塔、循环液储槽、转化气缓冲罐、产品气缓冲罐、脱盐水中间罐和甲醇中间罐；所述汽化塔、预热罐、转化炉、换热罐和冷却罐中均内置有管壳式换热器，转化炉、预热罐和汽化塔该三个设备内的管壳式换热器的壳程由导热油管路依次串通，导热油管路的两端与一导热油罐连通，导热油管路上并连两个导热油泵；甲醇中间罐的顶部开设甲醇进口，甲醇中间罐的出口连通至循环液储槽，循环液储槽的顶部开设有脱盐水进口，循环液储槽的出料口通过源料输送管路与换热罐底部的进液口连通，源料输送管路上并连两个源料输送泵；换热罐顶部的出液口与汽化塔上部的源料进口连通，汽化塔顶部的源料气出口与预热罐的进气口连通；预热罐的出气口与转化炉顶端的进气口连通，转化炉底端的出气口与换热罐内管壳式换热器的壳程进口连通，换热罐内管壳式换热器的壳程出口与冷却罐内管壳式换热器的壳程进口连通；冷却罐内管壳式换热器的壳程出口与水洗塔中部的进气口连通，冷却罐的管程与冷却水连通；水洗塔上部的脱盐水进口通过脱盐水输送管路与脱盐水中间罐连通，脱盐水输送管路上并连两个脱盐水泵；转化气缓冲罐和产品气缓冲罐依次串接在水洗塔顶端的出气口；水洗塔的底端开设出液口且该出液口通过回流管路与循环液储槽顶端的进料口连通。

采用上述结构，甲醇和脱盐水在循环液储槽内混合，之后通过循环液输送泵送入换热罐内，由于经过转化炉出来的高温气体经过换热罐的壳程，因此，在换热罐内，甲醇和脱盐水的混合液可进行初步预热，经初步预热后，混合液进入汽化塔内汽化，汽化后的源料气经过预热罐预热后在进入转化炉转化，转化气经换热罐和冷却罐降温后再送入水洗塔进行吸收分离，水洗后的气体从水洗塔顶部引出并经缓冲后送变压吸附提氢。可见，本实用新型制氢装置的工艺流程简单，设备控制方便，氢气的产率高。经过多次预热和换热后，热量的利用率高，同时，水洗塔底部的液体通过回流管回流到循环液储罐，源料的利用率高。

所述管壳式换热器包括上管板、下管板和连接在上、下管板之间的多根换热管，上、下管板之间还间隔设置多块连接在设备内壁上的折流板，折流板交叉排布在设备两相对侧的内壁上。

所述预热罐内的管壳式换热器位于罐体的中部，预热罐的罐体内腔在上管板之上形成预热罐上腔、下管板之下形成预热罐下腔，预热罐上腔内间隔设置两块隔板且该两块隔板将预热罐上腔分隔为前部的第一预热罐上腔、中部的第二预热罐上腔和后部的第三预热罐上腔，预热罐的上部开设有分别与第一预热罐上腔和第三预热罐上腔连通的预热罐进气口和预热罐出气口，预热罐下腔的中部设有一块隔板且该隔板将预热罐下腔分隔为前部的第一预热罐下腔和后部的第二预热罐下腔，各上、下腔通过换热管连通且形成迂回的气体循环通路。

所述冷却罐内的管壳式换热器位于罐体的中部，冷却罐的罐体内腔在上管板之上形成冷却罐上腔、下管板之下形成冷却罐下腔，冷却罐上腔内间隔设置两块隔板且该两块隔板将冷却罐上腔分隔为前部的第一冷却罐上腔、中部的第二冷却罐上腔和后部的第三冷却罐上腔，冷却罐的上部开设有分别与第一冷却罐上腔和第三冷却罐上腔连通的冷却水进口和冷却水出口，冷却罐下腔的中部设有一块隔板且该隔板将冷却罐下腔分隔为前部的第一冷却罐下腔和后部的第二冷却罐下腔，各上、下腔通过换热管连通且形成迂回的冷却水循环通路。

所述转化炉内的管壳体换热器的换热管内填充催化剂，转化炉的底部设有筛网，筛网与下管板之间填充惰性氧化铝球。在转化炉内，换热管内的温度最高，在换热管内填充催化剂进行转化反应，氢气产率高。在底部设置惰性氧化铝球，缓冲气体和液体对催化剂的冲击，提高转化反应的稳定性。 

所述汽化塔和水洗塔的顶部在靠近出口的位置上均安装有过滤网块。过滤网块起到了净化过滤作用，同时也有助于液体附着，避免气体中掺杂过多水份。

本实用新型的有益效果是：工艺流程简单、控制方便、源料利用率高、热量利用率高、氢气产率高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

图1为本实用新型的工艺流程图；

图2为本实用新型中汽化塔的具体结构示意图；

图3为本实用新型中预热罐的具体结构示意图；

图4为本实用新型中转化炉的具体结构示意图；

图5为本实用新型中换热罐的具体结构示意图；

图6为本实用新型中冷却罐的具体结构示意图；

图7为本实用新型中水洗塔的具体结构示意图；

图8为本实用新型中循环液储槽的具体结构示意图；

图9为本实用新型中转化气缓冲罐的具体结构示意图；

图10为本实用新型中产品气缓冲罐的具体结构示意图。

具体实施方式

参照附图，本实用新型的制氢装置包括汽化塔1、预热罐2、转化炉3、换热罐4、冷却罐5、水洗塔6、循环液储槽7、转化气缓冲罐8、产品气缓冲罐9、脱盐水中间罐10和甲醇中间罐11；所述汽化塔1、预热罐2、转化炉3、换热罐4和冷却罐5中均内置有管壳式换热器12，转化炉3、预热罐2和汽化塔1该三个设备内的管壳式换热器12的壳程由导热油管路13依次串通，导热油管路13的两端与一导热油罐14连通，导热油管路13上并连两个导热油泵15；甲醇中间罐11的顶部开设甲醇进口，甲醇中间罐13的出口连通至循环液储槽7，循环液储槽7的顶部开设有脱盐水进口，循环液储槽7的出料口通过源料输送管路16与换热罐4底部的进液口连通，源料输送管路16上并连两个源料输送泵17；换热罐4顶部的出液口与汽化塔1上部的源料进口连通，汽化塔1顶部的源料气出口与预热罐2的进气口连通；预热罐2的出气口与转化炉3顶端的进气口连通，转化炉3底端的出气口与换热罐4内管壳式换热器的壳程进口连通，换热罐4内管壳式换热器的壳程出口与冷却罐5内管壳式换热器的壳程进口连通；冷却罐5内管壳式换热器的壳程出口与水洗塔6中部的进气口连通，冷却罐5的管程与冷却水连通；水洗塔6上部的脱盐水进口通过脱盐水输送管路18与脱盐水中间罐10连通，脱盐水输送管路18上并连两个脱盐水泵19；转化气缓冲罐8和产品气缓冲罐9依次串接在水洗塔6顶端的出气口；水洗塔6的底端开设出液口且该出液口通过回流管路20与循环液储槽7顶端的进料口连通。其中，汽化塔1和水洗塔6的顶部在靠近出口的位置上均安装有过滤网块100。过滤网块100起到了净化过滤作用，同时也有助于液体附着，避免气体中掺杂过多水分。

上述结构中，甲醇和脱盐水在循环液储槽7内混合，之后通过循环液输送泵17送入换热罐4内，由于经过转化炉3出来的高温气体经过换热罐4的壳程，因此，在换热罐4内，甲醇和脱盐水的混合液可进行初步预热，经初步预热后，混合液进入汽化塔1内汽化，汽化后的源料气经过预热罐2预热后在进入转化炉3转化，转化气经换热罐4和冷却罐5降温后再送入水洗塔6进行吸收分离，水洗后的气体从水洗塔6顶部引出并经缓冲后送变压吸附提氢。可见，本实用新型制氢装置的工艺流程简单，设备控制方便，氢气的产率高。经过多次预热和换热后，热量的利用率高，同时，水洗塔底部的液体通过回流管回流到循环液储罐，源料的利用率高。

图3、图4和图6中详细示意了管壳式换热器12的结构，该种管壳式换热器12的外壳即为设备的外壳，管壳式换热器12包括上管板121、下管板122和连接在上、下管板之间的多根换热管123，上、下管板之间还间隔设置多块连接在设备内壁上的折流板124，折流板124交叉排布在设备两相对侧的内壁上。其中，折流板124用于减缓壳程内介质的流速，提高换热效率，折流板可通过拉杆和定距管安装在上管板或下管板上，该种安装结构为现有结构，在此不再赘述。

图2示出了汽化塔1的结构，汽化塔1的底部较粗、顶部较细，其底部为管壳式换热器12，如图2所示，汽化塔1上分别开设汽化塔导热油进口101 、汽化塔导热油出口102、汽化塔源料进口103、汽化塔源料气出口104以及汽化塔排净口105。

图3示出了预热罐2的结构，预热罐2内的管壳式换热器位于罐体的中部，预热罐2上还开设有预热罐导热油进口28、预热罐导热油出口29。预热罐2的罐体内腔在上管板121之上形成预热罐上腔、下管板122之下形成预热罐下腔，预热罐上腔内间隔设置两块隔板且该两块隔板将预热罐上腔分隔为前部的第一预热罐上腔21、中部的第二预热罐上腔22和后部的第三预热罐上腔23，预热罐2的上部开设有分别与第一预热罐上腔21和第三预热罐上腔23连通的预热罐进气口24和预热罐出气口25，预热罐下腔的中部设有一块隔板且该隔板将预热罐下腔分隔为前部的第一预热罐下腔26和后部的第二预热罐下腔27，各上、下腔通过换热管123连通且形成迂回的气体循环通路。通过隔板的设置，形成了上下折返式的迂回的气体循环通路，使得管程内的气体可以通过换热管与导热油充分换热，从而提高热量的利用率。

图4示出了转化炉3的结构，转化炉3上分别开设转化炉导热油进口36、转化炉导热油出口37、转化炉进气口34、转化炉出气口35，其中，转化炉内，在转化炉进气口的正下方安装一块弧形板，该弧形板为分布器38，作用是避免进气冲击，将进气分散，保证气体分布均匀。转化炉3内的管壳体换热器的换热管123内填充催化剂31，转化炉3的底部设有筛网32，筛网32与下管板122之间填充惰性氧化铝球33。在转化炉3内，换热管123内的温度最高，在换热管123内填充催化剂31进行转化反应，氢气产率高。在底部设置惰性氧化铝球33，缓冲气体和液体对催化剂31的冲击，提高转化反应的稳定性。 

图5示出了换热罐4的结构，换热罐4上开设换热罐进口41、换热罐出口42、换热罐管壳式换热器壳程进口43、换热罐管壳式换热器壳程出口44，换热罐内的管壳式换热器的导热介质为经转化炉3出来的高温气体。在换热罐内，源料混合液体可吸收来自转化炉3的高温气体的热量，从而进行初步预热。在换热罐内，为了避免气体冲击，在换热罐管壳式换热器壳程进口43对应的位置上安装有防冲挡板431。

图6示出了冷却罐5的结构，冷却罐5与预热罐的结构类似，不同的是，冷却罐5内管壳式换热器的管程内通入的是冷却水，冷却水是降温介质，预热罐2内管壳式换热器的壳程内通入的是导热油，导热油作为升温介质。冷却罐5上开设有冷却罐壳程进口58、冷却罐壳程出口59。冷却罐5内的管壳式换热器位于罐体的中部，冷却罐5的罐体内腔在上管板121之上形成冷却罐上腔、下管板之下形成冷却罐下腔，冷却罐上腔内间隔设置两块隔板且该两块隔板将冷却罐上腔分隔为前部的第一冷却罐上腔51、中部的第二冷却罐上腔52和后部的第三冷却罐上腔53，冷却罐5的上部开设有分别与第一冷却罐上腔51和第三冷却罐上腔53连通的冷却水进口54和冷却水出口55，冷却罐下腔的中部设有一块隔板且该隔板将冷却罐下腔分隔为前部的第一冷却罐下腔56和后部的第二冷却罐下腔57，各上、下腔通过换热管123连通且形成迂回的冷却水循环通路。通过隔板的设置，形成了上下折返式的迂回的冷却水循环通路，使得壳程内的气体可以通过换热管与冷却水充分换热，加快冷却效率。

图7示出了水洗塔6的结构，水洗塔6的形状与汽化塔1类似，如图所示，水洗塔6上开设水洗塔进气口61、水洗塔出气口62、水洗塔脱盐水进口63、水洗塔出液口64。

图8示出了循环液储槽7的结构，循环液储槽上开设有循环液储槽进料口73、循环液储槽甲醇进口71、循环液储槽脱盐水进口72、循环液储槽出料口74、循环液储槽排空口75和循环液储槽排污口76。

图9示出了转化气缓冲罐8的结构，转化气缓冲罐8上开设转化气缓冲罐进气口81、转化气缓冲罐进气口82、转化气缓冲罐排液口83。

图10示出了产品气缓冲罐9的结构，产品气缓冲罐9上开设产品气缓冲罐进气口91、产品气缓冲罐进气口92、产品气缓冲罐排污口93。该罐的进、出口均位于下部，出口上连接有延伸至上部的产品气延长管94，从而可引出顶部纯净的氢气。

其中，本实用新型中的各个罐体上根据需要开设排空口、排污口以及液位计安装口、压力传感器安装口、界面计安装口等常用开口，本领域技术人员根据设备流程的需要进行设置，为现有技术，在此不再赘述。

综上所述，本实用新型不限于上述具体实施方式。本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，可做若干的更改和修饰。本实用新型的保护范围应以本实用新型的权利要求为准。

Claims (6)

1.一种制氢装置，其特征是包括汽化塔（1）、预热罐（2）、转化炉（3）、换热罐（4）、冷却罐（5）、水洗塔（6）、循环液储槽（7）、转化气缓冲罐（8）、产品气缓冲罐（9）、脱盐水中间罐（10）和甲醇中间罐（11）；所述汽化塔（1）、预热罐（2）、转化炉（3）、换热罐（4）和冷却罐（5）中均内置有管壳式换热器（12），转化炉（3）、预热罐（2）和汽化塔（1）该三个设备内的管壳式换热器（12）的壳程由导热油管路（13）依次串通，导热油管路（13）的两端与一导热油罐（14）连通，导热油管路（13）上并连两个导热油泵（15）；甲醇中间罐（11）的顶部开设甲醇进口，甲醇中间罐（13）的出口连通至循环液储槽（7），循环液储槽（7）的顶部开设有脱盐水进口，循环液储槽（7）的出料口通过源料输送管路（16）与换热罐（4）底部的进液口连通，源料输送管路（16）上并连两个源料输送泵（17）；换热罐（4）顶部的出液口与汽化塔（1）上部的源料进口连通，汽化塔（1）顶部的源料气出口与预热罐（2）的进气口连通；预热罐（2）的出气口与转化炉（3）顶端的进气口连通，转化炉（3）底端的出气口与换热罐（4）内管壳式换热器的壳程进口连通，换热罐（4）内管壳式换热器的壳程出口与冷却罐（5）内管壳式换热器的壳程进口连通；冷却罐（5）内管壳式换热器的壳程出口与水洗塔（6）中部的进气口连通，冷却罐（5）的管程与冷却水连通；水洗塔（6）上部的脱盐水进口通过脱盐水输送管路（18）与脱盐水中间罐（10）连通，脱盐水输送管路（18）上并连两个脱盐水泵（19）；转化气缓冲罐（8）和产品气缓冲罐（9）依次串接在水洗塔（6）顶端的出气口；水洗塔（6）的底端开设出液口且该出液口通过回流管路（20）与循环液储槽（7）顶端的进料口连通。

2.如权利要求1所述的制氢装置，其特征是所述管壳式换热器（12）包括上管板（121）、下管板（122）和连接在上、下管板之间的多根换热管（123），上、下管板之间还间隔设置多块连接在设备内壁上的折流板（124），折流板（124）交叉排布在设备两相对侧的内壁上。

3.如权利要求2所述的制氢装置，其特征是所述预热罐（2）内的管壳式换热器位于罐体的中部，预热罐（2）的罐体内腔在上管板（121）之上形成预热罐上腔、下管板（122）之下形成预热罐下腔，预热罐上腔内间隔设置两块隔板且该两块隔板将预热罐上腔分隔为前部的第一预热罐上腔（21）、中部的第二预热罐上腔（22）和后部的第三预热罐上腔（23），预热罐（2）的上部开设有分别与第一预热罐上腔（21）和第三预热罐上腔（23）连通的预热罐进气口（24）和预热罐出气口（25），预热罐下腔的中部设有一块隔板且该隔板将预热罐下腔分隔为前部的第一预热罐下腔（26）和后部的第二预热罐下腔（27），各上、下腔通过换热管（123）连通且形成迂回的气体循环通路。

4.如权利要求2所述的制氢装置，其特征是所述冷却罐（5）内的管壳式换热器位于罐体的中部，冷却罐（5）的罐体内腔在上管板（121）之上形成冷却罐上腔、下管板之下形成冷却罐下腔，冷却罐上腔内间隔设置两块隔板且该两块隔板将冷却罐上腔分隔为前部的第一冷却罐上腔（51）、中部的第二冷却罐上腔（52）和后部的第三冷却罐上腔（53），冷却罐（5）的上部开设有分别与第一冷却罐上腔（51）和第三冷却罐上腔（53）连通的冷却水进口（54）和冷却水出口（55），冷却罐下腔的中部设有一块隔板且该隔板将冷却罐下腔分隔为前部的第一冷却罐下腔（56）和后部的第二冷却罐下腔（57），各上、下腔通过换热管（123）连通且形成迂回的冷却水循环通路。

5.如权利要求2所述的制氢装置，其特征是所述转化炉（3）内的管壳体换热器的换热管（123）内填充催化剂（31），转化炉（3）的底部设有筛网（32），筛网（32）与下管板（122）之间填充惰性氧化铝球（33）。

6.如权利要求1所述的制氢装置，其特征是所述汽化塔（1）和水洗塔（6）的顶部在靠近出口的位置上均安装有过滤网块（100）。