本發(fā)明涉及一種氨分解制氫提純設(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)的氨分解制氫中氮氣的含量過高，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)對高純氫的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為此解決上述問題，我們提出了一種氨分解制氫提純設(shè)備，用來將氨分解制氫產(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設(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氣總管連接，氫氮氣總管上設(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，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，與氫氮氣總管旁路連接。

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，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)置有氣動閥。

通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過變壓吸附提氫采用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程，每個吸附塔在一次循環(huán)中均需經(jīng)歷吸附、降壓、二次降壓、順放、沖洗、１升壓、２升壓以及終充等八個步驟。5個吸附塔在執(zhí)行程序的安排上相互錯開，構(gòu)成一個閉路循環(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)對高純氫的需求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，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、氫氮氣總管；101、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。

具體實施方式

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

下面結(jié)合實施例和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實施例.

結(jié)合圖1、圖2所示：

一種氨分解制氫提純設(shè)備，包括氫氮罐1、吸附塔、純氫罐3和回收罐4，氫氮罐1的出氣端與氫氮氣總管11連接，氫氮氣總管11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，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，與氫氮氣總管11旁路連接，且在旁路上均設(shè)置有氣動閥?；貧饪偣?與回收罐4的連接處設(shè)置有氣動閥。

位于五個吸附塔的上方設(shè)置有一個總的循環(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，位于旁路的兩端，減壓閥位于兩截止閥之間。

具體到每個吸附塔如何連接，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)置有氣動閥。

本發(fā)明通過變壓吸附提氫采用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程，每個吸附塔在一次循環(huán)中均需經(jīng)歷吸附、降壓、二次降壓、順放、沖洗、１升壓、２升壓以及終充等八個步驟。5個吸附塔在執(zhí)行程序的安排上相互錯開，構(gòu)成一個閉路循環(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以下基本步驟來完成的：

（1）首先吸附塔壓力降至低壓，經(jīng)過均壓和順著吸附的方向進(jìn)行降壓（以下簡稱為順放），順放時，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，順放時，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。

每個吸附塔循環(huán)周期的時間為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。氫氣產(chǎn)量可按實際需要由流量進(jìn)行計量和調(diào)節(jié)，整個PSA操作程序由可編程控制器進(jìn)行自動控制，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%是氮氣，依據(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，分子篩對氫和氮的吸附量相當(dāng)接近，但氮通過分子篩微孔的縫隙的擴(kuò)散速度要比氫快得多，我們利用分子篩對氮的吸附速度大于對氫的吸附速度這一吸附動力學(xué)性質(zhì)，在遠(yuǎn)離平衡條件的時間里，使氫氣得到富集而達(dá)到提取高純氫。

本發(fā)明技術(shù)方案采用自動化全程控制，實現(xiàn)對生產(chǎn)裝置的高度自動化管理和控制，采用五塔變壓吸附技術(shù)提氫，對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)對高純氫的需求。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，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。