本發(fā)明涉及一種氨分解制氫提純?cè)O(shè)備，屬于工業(yè)制氫設(shè)備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

氨分解制氫作為一種常規(guī)的制氫工藝，能夠分解的（3氫+1氮）混合氣，能滿足一般生產(chǎn)工藝的需要。然而隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中氫氣的需求也日益增多，且氫氣的純度也要求越高。常規(guī)的氨分解制氫中氮?dú)獾暮窟^(guò)高，無(wú)法滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)高純氫的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為此解決上述問(wèn)題，我們提出了一種氨分解制氫提純?cè)O(shè)備，用來(lái)將氨分解制氫產(chǎn)生的氫氣進(jìn)行提純，使其滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)高純氫的需求。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種氨分解制氫提純?cè)O(shè)備，包括氫氮罐、吸附塔、純氫罐和回收罐，氫氮罐的出氣端與氫氮?dú)饪偣苓B接，氫氮?dú)饪偣苌显O(shè)置有旁路，所述旁路與吸附塔的進(jìn)氣管連接，且該旁路上設(shè)置有氣動(dòng)閥；吸附塔的進(jìn)氣管還與回氣總管連接，且在兩管的連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥，回氣總管的另一端與回收罐連接；吸附塔的出氣端連接有循環(huán)氫氣管，且該循環(huán)氫氣管與純氫罐連接。

進(jìn)一步：所述吸附塔有五個(gè)，分別為吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C、吸附塔D、吸附塔E，且該五個(gè)吸附罐并排連接，其出氣端也均與循環(huán)氫氣管連接，其進(jìn)氣管均與回氣總管，與氫氮?dú)饪偣芘月愤B接。

進(jìn)一步：所述循環(huán)氫氣管由氫氣總管、第一旁路總管、第二旁路總管、第三旁路總管、A塔出氣管、B塔出氣管、C塔出氣管、D塔出氣管和E塔出氣管組成；其中第三旁路總管與純氫罐連接。

進(jìn)一步：所述第三旁路總管與純氫罐連接處還設(shè)置有截止閥，且在該截止閥的兩端設(shè)置有一段旁路，位于該段旁路上設(shè)置有截止閥和減壓閥。

進(jìn)一步：所述旁路上的截止閥有兩個(gè)，位于旁路的兩端，減壓閥位于兩截止閥之間。

進(jìn)一步：所述A塔出氣管的一端與吸附塔A的出氣端連接，其另一端與氫氣總管連接，且在兩管相交處設(shè)置有止回閥；位于止回閥與出氣端之間的A塔出氣管上從上至下依次與第一旁路總管、第二旁路總管和第三旁路總管連接，且與第一旁路總管、第二旁路總管的連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥，在于第三旁路總管的連接處設(shè)置有止回閥；第一旁路總管的另一端與氫氣總管連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥；第二旁路總管的另一端與第三旁路總管連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥。

進(jìn)一步：所述B塔出氣管的一端與吸附塔B的出氣端連接，其另一端與氫氣總管連接，且在兩管相交處設(shè)置有止回閥；位于止回閥與出氣端之間的B塔出氣管上從上至下依次與第一旁路總管、第二旁路總管和第三旁路總管連接，且與第一旁路總管、第二旁路總管的連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥，在于第三旁路總管的連接處設(shè)置有止回閥；第一旁路總管的另一端與氫氣總管連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥；第二旁路總管的另一端與第三旁路總管連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥。

進(jìn)一步：所述C塔出氣管的一端與吸附塔C的出氣端連接，其另一端與氫氣總管連接，且在兩管相交處設(shè)置有止回閥；位于止回閥與出氣端之間的C塔出氣管上從上至下依次與第一旁路總管、第二旁路總管和第三旁路總管連接，且與第一旁路總管、第二旁路總管的連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥，在于第三旁路總管的連接處設(shè)置有止回閥；第一旁路總管的另一端與氫氣總管連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥；第二旁路總管的另一端與第三旁路總管連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥。

進(jìn)一步：所述D塔出氣管的一端與吸附塔D的出氣端連接，其另一端與氫氣總管連接，且在兩管相交處設(shè)置有止回閥；位于止回閥與出氣端之間的D塔出氣管上從上至下依次與第一旁路總管、第二旁路總管和第三旁路總管連接，且與第一旁路總管、第二旁路總管的連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥，在于第三旁路總管的連接處設(shè)置有止回閥；第一旁路總管的另一端與氫氣總管連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥；第二旁路總管的另一端與第三旁路總管連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥。

進(jìn)一步：所述E塔出氣管的一端與吸附塔E的出氣端連接，其另一端與氫氣總管連接，且在兩管相交處設(shè)置有止回閥；位于止回閥與出氣端之間的E塔出氣管上從上至下依次與第一旁路總管、第二旁路總管和第三旁路總管連接，且與第一旁路總管、第二旁路總管的連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥，在于第三旁路總管的連接處設(shè)置有止回閥；第一旁路總管的另一端與氫氣總管連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥；第二旁路總管的另一端與第三旁路總管連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥。

通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過(guò)變壓吸附提氫采用5塔變壓吸附提氫工藝，即由壓力吸附、降壓、常壓解析的變壓吸附過(guò)程，每個(gè)吸附塔在一次循環(huán)中均需經(jīng)歷吸附、降壓、二次降壓、順?lè)拧_洗、１升壓、２升壓以及終充等八個(gè)步驟。5個(gè)吸附塔在執(zhí)行程序的安排上相互錯(cuò)開(kāi)，構(gòu)成一個(gè)閉路循環(huán)，氫氮混合氣由吸附塔入口端進(jìn)入，在出口端獲得需要純度的氫氣以保證原料連續(xù)輸入和產(chǎn)品不斷輸出，從而提高氨分解制氫產(chǎn)生的氫氣的純度，滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)高純氫的需求。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中循環(huán)氫氣管的放大示意圖。

圖中數(shù)字所表示的相應(yīng)部件名稱：

1、氫氮罐；2、吸附塔A；3、純氫罐；4、回收罐；5、吸附塔B；6、吸附塔C；7、吸附塔D；8、吸附塔E；9、回氣總管；10、循環(huán)氫氣管；11、氫氮?dú)饪偣埽?01、氫氣總管；102、第一旁路總管；103、第二旁路總管；104、第三旁路總管；105、A塔出氣管；106、B塔出氣管；107、C塔出氣管；108、D塔出氣管；109、E塔出氣管。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

下面結(jié)合實(shí)施例和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

實(shí)施例.

結(jié)合圖1、圖2所示：

一種氨分解制氫提純?cè)O(shè)備，包括氫氮罐1、吸附塔、純氫罐3和回收罐4，氫氮罐1的出氣端與氫氮?dú)饪偣?1連接，氫氮?dú)饪偣?1上設(shè)置有旁路，所述旁路與吸附塔的進(jìn)氣管連接，且該旁路上設(shè)置有氣動(dòng)閥；吸附塔的進(jìn)氣管還與回氣總管9連接，且在兩管的連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥，回氣總管9的另一端與回收罐4連接；吸附塔的出氣端連接有循環(huán)氫氣管10，且該循環(huán)氫氣管10與純氫罐3連接。

在圖1中可以看出，所述吸附塔有五個(gè)，分別為吸附塔A2、吸附塔B5、吸附塔C6、吸附塔D7、吸附塔E8，且該五個(gè)吸附罐并排連接，其出氣端也均與循環(huán)氫氣管10連接，其進(jìn)氣管均與回氣總管9，與氫氮?dú)饪偣?1旁路連接，且在旁路上均設(shè)置有氣動(dòng)閥?；貧饪偣?與回收罐4的連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥。

位于五個(gè)吸附塔的上方設(shè)置有一個(gè)總的循環(huán)氫氣管10，所述循環(huán)氫氣管10由氫氣總管101、第一旁路總管102、第二旁路總管103、第三旁路總管104、A塔出氣管105、B塔出氣管106、C塔出氣管107、D塔出氣管108和E塔出氣管109組成；其中第三旁路總管104與純氫罐3連接。所述第三旁路總管104與純氫罐3連接處還設(shè)置有截止閥，且在該截止閥的兩端設(shè)置有一段旁路，位于該段旁路上設(shè)置有截止閥和減壓閥。所述旁路上的截止閥有兩個(gè)，位于旁路的兩端，減壓閥位于兩截止閥之間。

具體到每個(gè)吸附塔如何連接，具體如下：

所述A塔出氣管105的一端與吸附塔A2的出氣端連接，其另一端與氫氣總管101連接，且在兩管相交處設(shè)置有止回閥；位于止回閥與出氣端之間的A塔出氣管105上從上至下依次與第一旁路總管102、第二旁路總管103和第三旁路總管104連接，且與第一旁路總管102、第二旁路總管103的連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥，在于第三旁路總管104的連接處設(shè)置有止回閥。第一旁路總管102的另一端與氫氣總管101連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥；第二旁路總管103的另一端與第三旁路總管104連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥。

所述B塔出氣管106的一端與吸附塔B5的出氣端連接，其另一端與氫氣總管101連接，且在兩管相交處設(shè)置有止回閥；位于止回閥與出氣端之間的B塔出氣管106上從上至下依次與第一旁路總管102、第二旁路總管103和第三旁路總管104連接，且與第一旁路總管102、第二旁路總管103的連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥，在于第三旁路總管104的連接處設(shè)置有止回閥。第一旁路總管102的另一端與氫氣總管101連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥；第二旁路總管103的另一端與第三旁路總管104連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥。

所述C塔出氣管107的一端與吸附塔C6的出氣端連接，其另一端與氫氣總管101連接，且在兩管相交處設(shè)置有止回閥；位于止回閥與出氣端之間的C塔出氣管107上從上至下依次與第一旁路總管102、第二旁路總管103和第三旁路總管104連接，且與第一旁路總管102、第二旁路總管103的連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥，在于第三旁路總管104的連接處設(shè)置有止回閥。第一旁路總管102的另一端與氫氣總管101連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥；第二旁路總管103的另一端與第三旁路總管104連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥。

所述D塔出氣管108的一端與吸附塔D7的出氣端連接，其另一端與氫氣總管101連接，且在兩管相交處設(shè)置有止回閥；位于止回閥與出氣端之間的D塔出氣管108上從上至下依次與第一旁路總管102、第二旁路總管103和第三旁路總管104連接，且與第一旁路總管102、第二旁路總管103的連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥，在于第三旁路總管104的連接處設(shè)置有止回閥。第一旁路總管102的另一端與氫氣總管101連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥；第二旁路總管103的另一端與第三旁路總管104連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥。

所述E塔出氣管109的一端與吸附塔E8的出氣端連接，其另一端與氫氣總管101連接，且在兩管相交處設(shè)置有止回閥；位于止回閥與出氣端之間的E塔出氣管109上從上至下依次與第一旁路總管102、第二旁路總管103和第三旁路總管104連接，且與第一旁路總管102、第二旁路總管103的連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥，在于第三旁路總管104的連接處設(shè)置有止回閥。第一旁路總管102的另一端與氫氣總管101連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥；第二旁路總管103的另一端與第三旁路總管104連接，且在連接處設(shè)置有氣動(dòng)閥。

本發(fā)明通過(guò)變壓吸附提氫采用5塔變壓吸附提氫工藝，即由壓力吸附、降壓、常壓解析的變壓吸附過(guò)程，每個(gè)吸附塔在一次循環(huán)中均需經(jīng)歷吸附、降壓、二次降壓、順?lè)拧_洗、１升壓、２升壓以及終充等八個(gè)步驟。5個(gè)吸附塔在執(zhí)行程序的安排上相互錯(cuò)開(kāi)，構(gòu)成一個(gè)閉路循環(huán)，氫氮混合氣由吸附塔入口端進(jìn)入，在出口端獲得需要純度的氫氣以保證原料連續(xù)輸入和產(chǎn)品不斷輸出。變壓吸附工作步驟分為吸附和再生兩步驟。吸附劑的再生又是通過(guò)以下基本步驟來(lái)完成的：

（1）首先吸附塔壓力降至低壓，經(jīng)過(guò)均壓和順著吸附的方向進(jìn)行降壓（以下簡(jiǎn)稱為順?lè)牛?，順?lè)艜r(shí)，有一部分吸附劑仍處于吸附狀態(tài)，接著逆著吸附的方向進(jìn)行二次降壓，順?lè)艜r(shí)，吸附劑得到初步再生。

（2）用較純的含氫氣體沖洗待再生的吸附塔，使吸附劑解析同時(shí)清除尚殘留于吸附劑中的雜質(zhì)。

（3）吸附塔升至吸附壓力，以準(zhǔn)備再次分離原料氣。

每個(gè)吸附塔循環(huán)周期的時(shí)間為250-350秒左右。5只吸附塔反復(fù)地進(jìn)行吸附和再生的操作，（由PCL自動(dòng)控制）這樣就可以連續(xù)地獲得所需要的氫氣。產(chǎn)品氫氣流入貯氣罐，以平衡壓力和純度上的波動(dòng)。氫氣產(chǎn)量可按實(shí)際需要由流量進(jìn)行計(jì)量和調(diào)節(jié)，整個(gè)PSA操作程序由可編程控制器進(jìn)行自動(dòng)控制，由于H2在較高壓力下有利于吸附。壓力壓縮到較高壓力將增加操作費(fèi)用。較低的吸附壓力使吸附劑量增加，即增加裝置投資。綜合考慮，原料壓縮到１.2MPa左右。

本發(fā)明的工作原理如下：原料中75%的氫氣和25%是氮?dú)?，依?jù)這兩種氣體分子在分子篩表面擴(kuò)散速率的差異，氣體中的氫和氮在分子篩微孔中有不同的擴(kuò)散速度，有不同的吸附力，在平衡條件下，分子篩對(duì)氫和氮的吸附量相當(dāng)接近，但氮通過(guò)分子篩微孔的縫隙的擴(kuò)散速度要比氫快得多，我們利用分子篩對(duì)氮的吸附速度大于對(duì)氫的吸附速度這一吸附動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，在遠(yuǎn)離平衡條件的時(shí)間里，使氫氣得到富集而達(dá)到提取高純氫。

本發(fā)明技術(shù)方案采用自動(dòng)化全程控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)裝置的高度自動(dòng)化管理和控制，采用五塔變壓吸附技術(shù)提氫，對(duì)氨分解制取氫的氫氮混合氣進(jìn)一步提純處理從而提高氨分解制氫產(chǎn)生的氫氣的純度，滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)高純氫的需求。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。