CN215559015U - 一种甲醇制氢氮气纯化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空分技术领域，具体而言涉及一种甲醇制氢氮气纯化装置。一种甲醇制氢氮气纯化装置，包括甲醇进料系统，制氢系统，换热系统以及氮气纯化装置，甲醇进料系统包括卸料泵，甲醇储罐和计量泵组，卸料泵，甲醇储罐和计量泵组依次通过管道连接，计量泵组包括至少一个计量泵，计量泵之间并联；制氢系统包括汽化过热器，转化器、气液分离缓冲罐，汽化过热器，转化器和气液分离缓冲罐依次通过管道连接，气液分离缓冲罐外接有脱盐水；换热系统包括第一换热器和第二换热器，氮气纯化装置包括混合器，加热器，脱氧器，水冷却器和气水分离装置。本发明具有成本低，效率高，危险性低的优势。

Description

一种甲醇制氢氮气纯化装置

技术领域

本实用新型涉及空分技术领域，具体而言涉及一种甲醇制氢氮气纯化装置。

背景技术

在氮气的制备过程中通过膜分离法制备出的氮气的纯度可以达到98%以上，但是由于园区内的一些企业在生产过程中需要使用纯度99.9%以上的纯氮气，此时则需要进行进一步纯化以除去氮气中所存在的氧气进行。

目前的做法主要为将氢气经流量计进入管道与原料氮气一起进入除氧器中，在钯催化剂中充分化合，生成水汽被大量氮气带离除氧器经冷却器逐步冷却，再由冷干机降至常温后最终进入干燥塔，氮气中水分都吸附而除去。

但是目前此过程中的氢气通常为从外部采购，存在有成本高，储存困难，危险性强的缺点，且当需要大量氮气的时候因为储存量有限，使得氢气的供应量无法跟上氮气的纯化速度，影响到生产效率，因此目前需要一种成本低，效率高，危险性低的甲醇制氢氮气纯化装置。

实用新型内容

为了解决上述问题，提供一种成本低，效率高，危险性低的甲醇制氢氮气纯化装置，本实用新型采用以下技术方案。

一种甲醇制氢氮气纯化装置，包括：

甲醇进料系统：所述的甲醇进料系统包括卸料泵，甲醇储罐和计量泵组，所述的卸料泵，甲醇储罐和计量泵组依次通过管道连接，所述的计量泵组包括至少一个计量泵，所述的计量泵之间并联；

制氢系统：所述的制氢系统包括汽化过热器，转化器、气液分离缓冲罐，所述的汽化过热器，转化器和气液分离缓冲罐依次通过管道连接，所述的气液分离缓冲罐外接有脱盐水；

换热系统：所述的换热系统包括第一换热器和第二换热器，所述的第一换热器连接在所述的计量泵组和汽化过热器之间，所述的第二换热器连接在所述的转化器和气液分离缓冲罐之间，所述的第一换热器和第二换热器均包括内层和外层，所述的第一换热器的内层上设有第一出口和第一进口，所述的第一换热器的外层上设有第二进口和第二出口，所述的第二换热器的内层上设有第三出口和第三进口，所述的第二换热器的外层上设有第四进口和第四出口，所述的第一进口和计量泵组通过管道连接，所述的第一出口和所述的汽化过热器通过管道连接，所述的第二进口和所述的转化器通过管道连接，第二出口和第四进口通过管道连接，所述的第四出口和气液分离缓冲罐通过管道连接，所述的第三进口和第三出口外接循环冷却水；

氮气纯化装置：所述的氮气纯化装置包括混合器，加热器，脱氧器，水冷却器和气水分离装置，所述的混合器和所述的气液分离缓冲罐连接，所述的混合器，加热器，脱氧器，水冷却器和气水分离装置依次通过管道连接。

首先本实用新型通过制氢系统，将制备好的氢气直接用于氮气纯化装置，无需大量存储氢气，从而降低了纯化的成本，同时也可以保证纯化所用的氢气充足，保证了生产效率，同时相较于氢气，储存甲醇更为安全，降低了危险性，本实用新型甲醇进料系统，制氢系统，换热系统、吸附系统，过滤系统，储存罐均划分在消防区域内，本实用新型将各个系统独立分隔开来，便于安全监控和管理，单独将氮气纯化装置划分进非消防区域内，可以直接在原有的制氮设备旁划立消防区域并将氢气通入，使得本实用新型符合消防安全要求，在保证了安全的情况下降低成本。

其次本实用新型采用了上述结构的换热系统，在制备氢气的过程中，反应方程为：

CH₃OH→CO+2H₂ (1)

H₂O+CO→CO₂+H₂ (2)

CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂ (3)

其中反应1为吸热反应，反应2和反应3均为放热反应，其中反应1发生在转化器内，而反应2和反应3则发生在气液分离缓冲罐内，在生产过程中，甲醇通过第一换热器内层然后通过汽化过热器加热汽化，进入转化器，然后从转化器内排出的气体为未反应的CH₃OH ，CO以及H₂然后高温的气体再次进入第一换热器外层，在冷却的同时为原料甲醇加热，节约能源，降低成本，随后进入第二换热器通过冷却水冷却后进入气水缓冲罐，进行反应2和反应3，制备完成的氢气则进入氮气纯化装置和氧气反应后完成氮气纯化步骤，该方法具有节约能源，纯化效率高的优势。

作为优选，还包括循环液罐，所述的循环液罐包括进料口和循环口，所述的进料口外接脱盐水，所述的循环口上接有循环管，所述的循环管包括主管和支管，所述的主管和支管上均设有水泵。

本实用新型采用了循环液罐，在使用的过程中，脱盐水从外引入循环液罐中，然后将循环液罐的水导入气液分离缓冲罐中，再将气液分离缓冲罐中反应后的水和甲醇导入循环液罐中，本实用新型通过主管和支管的结构，主管上的水泵将循环液罐中的液体导入气液分离缓冲罐中，支管上的水泵将气液分离缓冲罐中反应后的水和甲醇导入循环液罐中，可以循环使用脱盐水和甲醇，减少了浪费，从而降低了本实用新型的使用成本。

作为优选，所述的转化器内设有电伴热圈。

本实用新型采用了电伴热圈可以保证转化器内温度的稳定，从而保证反应1过程顺利进行，防止由于局部温度过低影响生产效率。

作为优选，所述的汽化过热器，转化器之间的管道上设有转化器检测管。

本实用新型设置了转化器检测管，可以外接检测器实时监控管道内的气体组分，便于工作人员控制以提高氢气的纯度，且有助于防止安全事故的发生。

作为优选，还包括过滤系统，所述的过滤系统包括检测系统，吸附系统和储存装置，所述的检测系统包括回流管，检测器和控制阀，所述的回流管包括总管，回流管检测管，第一管体和第二管体，所述的控制阀所述的检测器固定连接在回流管检测管上，所述的第一管体，第二管体，回流管检测管均和总管连接，所述的总管和所述的气液分离缓冲罐连接。

本实用新型设置了检测系统，产生的氢气符合要求的时候则可以直接通入吸附塔中，去除二氧化碳，而当气体中还有一氧化碳等物质的时候则可以通过第一管体，第二管体将气体通过总管再次通入气液分离缓冲罐使其完全反应，一方面保证了氢气的纯度，另一方面防止检测气体浪费将其重新通回气液分离缓冲罐，降低了损耗。

作为优选，所述的吸附系统包括若干组吸附塔，所述的储存装置为储存罐，所述的储存罐和所述的吸附塔连接。

本实用新型设置了吸附塔结构，通过多个吸附塔可以根据需要的氮气的量而改变投入使用的吸附塔的数量，同时也可以通过回流系统在吸附不彻底的情况下将一个吸附塔的气体导入到另一个吸附塔内进行再次吸附，提高了生产效率，同时满足了时刻改变的生产需求。

作为优选，所述的储存罐和所述的吸附塔之间设有回流系统，所述的回流系统包括第一回流系统和第二回流系统，所述的第一回流系统包括回流系统检测器，出气管，第一总回流管和第一进气管，所述的吸附塔上设有吸附塔出气管，所述的出气管和第一进气管和所述的吸附塔出气管连接，所述的第一总回流管分别和每个吸附塔上的出气管和第一进气管连接。

本实用新型采用了第一回流系统和第二回流系统，当检测到且氢气的纯度不符合要求的时候则可通过出气管将气体导入第一总回流管中，然后将气体直接运送到其他未处于工作中的吸附塔内，进行再一次吸附处理，从而保证了氢气的质量。

作为优选，所述的第二回流系统包括第二总回流管，所述的第二总回流管的一端和所述的储存罐连接，所述的吸附塔出气管和第二总回流管连接，所述的第二总回流管上设有若干个第二进气管，所述的第二进气管和所述的吸附塔出气管连接。

同时本实用新型采用了第二回流系统，可以防止氢气过热，通过将其在管道内回流可以降低氢气的温度，保证生产安全。

作为优选，所述的储存罐上设有出料管，所述的出料管上设有阻火器。

本实用新型材料了阻火器，通过阻火器可以防止氢气发生火灾或者爆炸事故。

作为优选，所述的出料管上设有出料管支管，所述的出料管支管与所述的混合器和所述的储存罐之间的管道连接。

本实用新型的氢气制备设备可以单独生产氢气，在氢气过剩的情况下可以直接将储存罐内的氢气灌入钢瓶内，便于氢气的长期保存，防止由于氢气在储存罐内长期储存造成火灾风险。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型具有成本低，效率高，危险性低的优势，可以降低火灾风险，便于消防管控。

附图说明

图1为甲醇进料系统，换热系统，循环液罐以及制氢系统的一种结构示意图；

图2为过滤系统，回流系统以及氮气纯化装置的一种结构示意图；

图3为换热系统的一种结构示意图；

图4为检测系统的一种结构示意图；

图5为循环管的一种结构示意图；

图6为气液分离缓冲罐的一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施案例对本实用新型作进一步解释。

实施例1

一种甲醇制氢氮气纯化装置，包括：

甲醇进料系统：所述的甲醇进料系统包括卸料泵1，甲醇储罐2和计量泵组3，所述的卸料泵1，甲醇储罐2和计量泵组3依次通过管道连接，所述的计量泵组3包括3个计量泵4，所述的计量泵4之间并联，计量泵4与甲醇混合器50连接；

制氢系统：所述的制氢系统包括汽化过热器5，转化器6、气液分离缓冲罐8，所述的汽化过热器5，转化器6和气液分离缓冲罐8依次通过管道连接，所述的气液分离缓冲罐8外接有脱盐水，所述的转化器6内设有电伴热圈9, 所述的汽化过热器5，转化器6之间的管道上设有转化器检测管10；

换热系统：所述的换热系统包括第一换热器11和第二换热器12，所述的第一换热器11连接在所述的计量泵组3和汽化过热器5之间，所述的第二换热器12连接在所述的转化器6和气液分离缓冲罐8之间，所述的第一换热器11和第二换热器12均包括内层71和外层72，所述的第一换热器11的内层上设有第一出口13和第一进口14，所述的第一换热器11的外层上设有第二进口15和第二出口16，所述的第二换热器12的内层上设有第三出口17和第三进口18，所述的第二换热器的外层上设有第四进口19和第四出口20，所述的第一进口14和计量泵组3通过管道连接，所述的第一出口13和所述的汽化过热器5通过管道连接，所述的第二进口15和所述的转化器6通过管道连接，第二出口16和第四进口19通过管道连接，所述的第四出口20和气液分离缓冲罐8通过管道连接，所述的第三进口18和第三出口17外接循环冷却水；

氮气纯化装置：所述的氮气纯化装置包括混合器21，加热器22，脱氧器23，水冷却器24和气水分离装置25，所述的混合器21和所述的气液分离缓冲罐8连接，所述的混合器21，加热器22，脱氧器23，水冷却器24和气水分离装置25依次通过管道连接。

循环液罐26:所述的循环液罐26包括进料口27和循环口28，所述的进料口27外接脱盐水，所述的循环口28上接有循环管29，所述的循环管29包括主管30和支管31，所述的主管30和支管31上均设有水泵32，循环液罐上同时设有一个出水口51，出水口和甲醇储罐2和计量泵组3之间的管道连接。

过滤系统:所述的过滤系统包括检测系统，吸附系统和储存装置，所述的检测系统包括回流管33，检测器34和控制阀35，所述的回流管33包括总管36，回流管检测管37，第一管体38和第二管体39，所述的控制阀35所述的检测器34固定连接在回流管检测管37上，所述的第一管体38，第二管体39，回流管检测管37均和总管36连接，所述的总管36和所述的气液分离缓冲罐8连接，所述的吸附系统包括4个吸附塔40，所述的储存装置为储存罐41，所述的储存罐41和所述的吸附塔40连接，所述的储存罐41上设有出料管42，所述的出料管42上设有阻火器43，所述的出料管42上设有出料管支管421，所述的出料管支管421与所述的混合器21和所述的储存罐41之间的管道连接；

回流系统：回流系统位于所述的储存罐41和所述的吸附塔40之间，所述的回流系统包括第一回流系统和第二回流系统，所述的第一回流系统包括回流系统检测器43，出气管44，第一总回流管45和第一进气管46，所述的吸附塔40上设有吸附塔出气管49，所述的出气管44和第一进气管46和所述的吸附塔出气管49连接，所述的第一总回流管45分别和每个吸附塔40上的出气管44和第一进气管46连接，所述的第二回流系统包括第二总回流管47，所述的第二总回流管47的一端和所述的储存罐41连接，所述的吸附塔出气管49和第二总回流管47连接，所述的第二总回流管47上设有4个第二进气管48，所述的第二进气管48和所述的吸附塔出气管49连接。

首先本实用新型通过制氢系统，将制备好的氢气直接用于氮气纯化装置，无需大量存储氢气，从而降低了纯化的成本，同时也可以保证纯化所用的氢气充足，保证了生产效率，同时相较于氢气，储存甲醇更为安全，降低了危险性，本实用新型甲醇进料系统，制氢系统，换热系统、吸附系统，过滤系统，储存罐41均划分在消防区域内，本实用新型将各个系统独立分隔开来，便于安全监控和管理，单独将氮气纯化装置划分进非消防区域内，可以直接在原有的制氮设备旁划立消防区域并将氢气通入，使得本实用新型符合消防安全要求，在保证了安全的情况下降低成本。

其次本实用新型采用了上述结构的换热系统，在制备氢气的过程中，反应方程为：

CH₃OH→CO+2H₂ (1)

H₂O+CO→CO₂+H₂ (2)

CH₃OH+H₂O→CO₂+3H₂ (3)

其中反应1为吸热反应，反应2和反应3均为放热反应，其中反应1发生在转化器6内，而反应2和反应3则发生在气液分离缓冲罐8内，在生产过程中，甲醇通过第一换热器11内层然后通过汽化过热器5加热汽化，进入转化器6，然后从转化器6内排出的气体为未反应的CH₃OH ，CO以及H₂然后高温的气体再次进入第一换热器11外层，在冷却的同时为原料甲醇加热，节约能源，降低成本，随后进入第二换热器12通过冷却水冷却后进入气水缓冲罐，进行反应2和反应3，制备完成的氢气符合要求的时候则可以直接通入吸附塔40中，去除二氧化碳，而当气体中还有一氧化碳等物质的时候则可以通过第一管体38，第二管体39将气体通过总管36再次通入气液分离缓冲罐8使其完全反应，一方面保证了氢气的纯度，另一方面防止检测气体浪费将其重新通回气液分离缓冲罐8，降低了损耗。多个吸附塔40可以根据需要的氮气的量而改变投入使用的吸附塔40的数量，采用了第一回流系统和第二回流系统，当检测到且氢气的纯度不符合要求的时候则可通过出气管44将气体导入第一总回流管45中，然后将气体直接运送到其他未处于工作中的吸附塔40内，进行再一次吸附处理，从而保证了氢气的质量。同时采用了第二回流系统，可以防止氢气过热，通过将其在管道内回流可以降低氢气的温度，保证生产安全。而氢气进入储存罐41中，当需要进行氮气纯化的时候则将氢气通入氮气纯化装置和氧气反应后完成氮气纯化步骤，该方法具有节约能源，纯化效率高的优势。本实用新型采用了循环液罐26，在使用的过程中，脱盐水从外引入循环液罐26中，然后将循环液罐26的水导入气液分离缓冲罐8中，再将气液分离缓冲罐8中反应后的水和甲醇导入循环液罐26中，本实用新型通过主管30和支管31的结构，主管30上的水泵32将循环液罐26中的液体导入气液分离缓冲罐8中，支管31上的水泵32将气液分离缓冲罐8中反应后的水和甲醇导入循环液罐26中，可以循环使用脱盐水和甲醇，减少了浪费，从而降低了本实用新型的使用成本。

Claims (10)

1.一种甲醇制氢氮气纯化装置，其特征在于，包括：

甲醇进料系统：所述的甲醇进料系统包括卸料泵，甲醇储罐和计量泵组，所述的卸料泵，甲醇储罐和计量泵组依次通过管道连接，所述的计量泵组包括至少一个计量泵，所述的计量泵之间并联；

制氢系统：所述的制氢系统包括汽化过热器，转化器、气液分离缓冲罐，所述的汽化过热器，转化器和气液分离缓冲罐依次通过管道连接，所述的气液分离缓冲罐外接有脱盐水；

换热系统：所述的换热系统包括第一换热器和第二换热器，所述的第一换热器连接在所述的计量泵组和汽化过热器之间，所述的第二换热器连接在所述的转化器和气液分离缓冲罐之间，所述的第一换热器和第二换热器均包括内层和外层，所述的第一换热器的内层上设有第一出口和第一进口，所述的第一换热器的外层上设有第二进口和第二出口，所述的第二换热器的内层上设有第三出口和第三进口，所述的第二换热器的外层上设有第四进口和第四出口，所述的第一进口和计量泵组通过管道连接，所述的第一出口和所述的汽化过热器通过管道连接，所述的第二进口和所述的转化器通过管道连接，第二出口和第四进口通过管道连接，所述的第四出口和气液分离缓冲罐通过管道连接，所述的第三进口和第三出口外接循环冷却水；

氮气纯化装置：所述的氮气纯化装置包括混合器，加热器，脱氧器，水冷却器和气水分离装置，所述的混合器和所述的气液分离缓冲罐连接，所述的混合器，加热器，脱氧器，水冷却器和气水分离装置依次通过管道连接。

2.根据权利要求1所述的一种甲醇制氢氮气纯化装置，其特征在于：还包括循环液罐，所述的循环液罐包括进料口和循环口，所述的进料口外接脱盐水，所述的循环口上接有循环管，所述的循环管包括主管和支管，所述的主管和支管上均设有水泵。

3.根据权利要求2所述的一种甲醇制氢氮气纯化装置，其特征在于：所述的转化器内设有电伴热圈。

4.根据权利要求3所述的一种甲醇制氢氮气纯化装置，其特征在于：所述的汽化过热器，转化器之间的管道上设有转化器检测管。

5.根据权利要求4所述的一种甲醇制氢氮气纯化装置，其特征在于：还包括过滤系统，所述的过滤系统包括检测系统，吸附系统和储存装置，所述的检测系统包括回流管，检测器和控制阀，所述的回流管包括总管，回流管检测管，第一管体和第二管体，所述的控制阀所述的检测器固定连接在回流管检测管上，所述的第一管体，第二管体，回流管检测管均和总管连接，所述的总管和所述的气液分离缓冲罐连接。

6.根据权利要求5所述的一种甲醇制氢氮气纯化装置，其特征在于：所述的吸附系统包括若干组吸附塔，所述的储存装置为储存罐，所述的储存罐和所述的吸附塔连接。

7.根据权利要求6所述的一种甲醇制氢氮气纯化装置，其特征在于：所述的储存罐和所述的吸附塔之间设有回流系统，所述的回流系统包括第一回流系统和第二回流系统，所述的第一回流系统包括回流系统检测器，出气管，第一总回流管和第一进气管，所述的吸附塔上设有吸附塔出气管，所述的出气管和第一进气管和所述的吸附塔出气管连接，所述的第一总回流管分别和每个吸附塔上的出气管和第一进气管连接。

8.根据权利要求7所述的一种甲醇制氢氮气纯化装置，其特征在于：所述的第二回流系统包括第二总回流管，所述的第二总回流管的一端和所述的储存罐连接，所述的吸附塔出气管和第二总回流管连接，所述的第二总回流管上设有若干个第二进气管，所述的第二进气管和所述的吸附塔出气管连接。

9.根据权利要求8所述的一种甲醇制氢氮气纯化装置，其特征在于：所述的储存罐上设有出料管，所述的出料管上设有阻火器。

10.根据权利要求9所述的一种甲醇制氢氮气纯化装置，其特征在于：所述的出料管上设有出料管支管，所述的出料管支管与所述的混合器和所述的储存罐之间的管道连接。

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