一種用于合成氨的氫原料生產(chǎn)設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及合成氨工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于合成氨的氫原料生產(chǎn)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]氨是最重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，既是主要的最終產(chǎn)品，又是重要的中間體。合成氨廣泛應(yīng)用于化肥、各種銨鹽、硝酸、炸藥、塑料、合成纖維、油漆、感光材料等產(chǎn)品生產(chǎn)。目前中國合成氨年產(chǎn)量為5000多萬噸，約占全世界產(chǎn)量的三分之一。合成氨工業(yè)的原料是氮?dú)夂蜌錃?。氮?dú)馐菑目諝庵蟹蛛x出來的，通常使用的兩種分離方法是液化和分餾，利用空氣中氮?dú)獾姆悬c(diǎn)比氧氣的沸點(diǎn)低，先將空氣加壓降溫變成液態(tài)，然后再加熱，使氮?dú)馐紫葟囊簯B(tài)空氣中蒸發(fā)出來，從而獲得氮?dú)?。氫氣的來源主要有兩種:其一、絕大部分氫是從石油、煤炭和天然氣中制取，其中，采用煤在高溫下制取氫氣的反應(yīng)方程式為C + H2O - CO + H2，采用天然氣在高溫和催化劑作用下制取氫氣的反應(yīng)方程式為CH4+ H2O -CO + 3H2這類方法需要消耗本來就很緊缺的礦物燃料，并且這類制氫設(shè)備體積大、啟動慢、智能化低、安全性差、能耗高；其二、小部分氫是用電解水的方法制取，這種方法消耗電能大。
[0003]隨著技術(shù)的進(jìn)步，采用甲醇和水重整制氫的技術(shù)逐漸得到發(fā)展，該重整制氫技術(shù)所制得的氫氣逐漸被用作合成氨工業(yè)中的原料氣。參照中國發(fā)明申請201310340475.0(申請人:上海合既得動氫機(jī)器有限公司)，該專利公開了一甲醇水制氫系統(tǒng)，甲醇與水蒸氣重整器的重整室內(nèi)，在350-409°C溫度下1-5M Pa的壓力條件下通過催化劑，在催化劑的作用下，發(fā)生甲醇裂解反應(yīng)和一氧化碳的變換反應(yīng)，生成氫氣和二氧化碳，這是一個多組份、多反應(yīng)的氣固催化反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)方程如下:(1)CH30H —C0+2H2;(2)H20+C0 —C02+H2;(3)CH30H+H20 — C02+3H2，重整反應(yīng)生成的4和CO 2，再經(jīng)過分離室的鈀膜分離器將HjP CO 2分離，得到高純氫氣。參照中國發(fā)明申請200910311040.7(申請人:四川亞聯(lián)高科技股份有限公司)，該專利公開了一種催化燃燒作為熱源的甲醇水蒸氣制氫工藝，借助甲醇水蒸氣重整反應(yīng)器制得合成氨原料氣，此工藝制造氫氣環(huán)保性優(yōu)良。然而，在現(xiàn)有合成氨工業(yè)中甲醇水重整制氫技術(shù)均采用單一的重整器，智能化差、無法模塊化、體積大、啟動慢，甲醇原料浪費(fèi)嚴(yán)重，安全性低，整個過程需要貯氫罐，合成氨穩(wěn)定性難以保障。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于合成氨的氫原料生產(chǎn)設(shè)備，該氫原料生產(chǎn)設(shè)備模塊化高，單一模塊體積小、啟動快速，無需要貯氫罐、能即時制氫及快速分離出氫氣，穩(wěn)定性好，智能化高，制氫溫度、氣體流量及氣壓等方面參數(shù)控制靈敏，安全性高、可靠性強(qiáng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0006]一種用于合成氨的氫原料生產(chǎn)設(shè)備，包括控制裝置、甲醇水儲存輸送裝置及至少三組甲醇水重整制氫模組，所述控制裝置與甲醇水儲存輸送裝置及每一組甲醇水重整制氫模組均電性連接，以控制甲醇水儲存輸送裝置及各組甲醇水重整制氫模組的工作狀態(tài)；所述各組甲醇水重整制氫模組制得的氫氣通過輸送管道直接傳送給合成氨系統(tǒng)，該合成氨系統(tǒng)在合成氨的過程中，將即時氫原料需求量反饋給控制裝置，該控制裝置根據(jù)合成氨系統(tǒng)的氫原料需求量信息控制適當(dāng)數(shù)量的甲醇水重整制氫模組運(yùn)轉(zhuǎn)，并控制甲醇水儲存輸送裝置向運(yùn)轉(zhuǎn)的甲醇水重整制氫模組輸送甲醇和水原料。
[0007]所述甲醇水儲存輸送裝置包括甲醇水儲存容器及輸送泵，所述甲醇水儲存容器內(nèi)儲存有液態(tài)的甲醇和水原料，所述輸送泵用于將甲醇水儲存容器中的甲醇和水原料輸送至甲醇水重整制氫模組；所述輸送泵的數(shù)量與甲醇水重整制氫模組的數(shù)量相匹配，所述甲醇水儲存容器的數(shù)量等于或少于輸送泵的數(shù)量。
[0008]所述甲醇水重整制氫模組包括重整器，該重整器內(nèi)設(shè)有重整室及氫氣純化裝置，重整室內(nèi)的溫度為300-570°C溫度，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，甲醇和水在重整室內(nèi)發(fā)生甲醇和水的重整制氫反應(yīng)制得含氫氣體，重整室與氫氣純化裝置通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室內(nèi)，能通過重整室內(nèi)的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與氫氣純化裝置之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與氫氣純化裝置的溫度相同或接近，從氫氣純化裝置的產(chǎn)氣端得到氫氣，供應(yīng)給合成氨系統(tǒng)。
[0009]所述甲醇水重整制氫模組包括兩種優(yōu)選結(jié)構(gòu)方式:
[0010]第一種甲醇水重整制氫模組的優(yōu)選結(jié)構(gòu)方式是:所述甲醇水重整制氫模組整合有換熱器，所述換熱器安裝于甲醇水儲存輸送裝置與重整器之間的輸送管道上，低溫的甲醇和水原料在換熱器中，與重整室輸出的高溫氣體進(jìn)行換熱，甲醇和水原料溫度升高、汽化；所述重整器設(shè)有電加熱器，該電加熱器為重整室提供300-570°C溫度；所述氫氣純化裝置的產(chǎn)氣端輸出的氫氣，經(jīng)換熱器后溫度降低，再供應(yīng)給合成氨系統(tǒng)。
[0011]進(jìn)一步，所述換熱器與重整器之間還設(shè)有補(bǔ)償汽化裝置，該補(bǔ)償汽化裝置設(shè)有電加熱器，所述甲醇和水原料經(jīng)補(bǔ)償汽化裝置后可進(jìn)一步汽化。
[0012]第二種甲醇水重整制氫模組的優(yōu)選結(jié)構(gòu)方式是:所述甲醇水重整制氫模組整合有換熱器，所述換熱器安裝于甲醇水儲存輸送裝置與重整器之間的輸送管道上，低溫的甲醇和水原料在換熱器中，與重整室輸出的高溫氣體進(jìn)行換熱，甲醇和水原料溫度升高、汽化；所述重整器內(nèi)還沒有汽化室，所述甲醇和水原料在換熱器中換熱后進(jìn)入汽化室汽化，汽化后的甲醇蒸汽及水蒸汽進(jìn)入重整室，重整室下部及中部溫度為300-420 °C，重整室上部的溫度為400-570°C ;所述重整室與氫氣純化裝置之間的連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部；所述氫氣純化裝置的產(chǎn)氣端輸出的氫氣，經(jīng)換熱器后溫度降低，再供應(yīng)給合成氨系統(tǒng)。
[0013]進(jìn)一步，所述重整器一端安裝有啟動裝置，該啟動裝置包括杯座，杯座上安裝有原料輸入管道、加熱氣化管道、點(diǎn)火裝置及溫度探測裝置；所述原料輸入管道可輸入甲醇和水原料，原料輸入管道與加熱氣化管道相連通，甲醇和水原料經(jīng)原料輸入管道進(jìn)入加熱氣化管道后，從加熱氣化管道的末端輸出；所述點(diǎn)火裝置的位置與加熱氣化管道的末端相對應(yīng)，用于對加熱氣化管道中輸出的甲醇和水原料進(jìn)行點(diǎn)火，甲醇和水原料經(jīng)點(diǎn)火裝置點(diǎn)火后燃燒，可對加熱氣化管道進(jìn)行加熱，使加熱氣化管道中的甲醇和水原料氣化而迅速加大燃燒強(qiáng)度，進(jìn)而為重整器加熱；所述溫度探測裝置用于探測加熱氣化管道旁的溫度；所述重整器啟動制氫后，重整器制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持重整器運(yùn)行。
[0014]再進(jìn)一步，所述杯座包括安裝部及安裝部上方的液體容納部，所述原料輸入管道、加熱氣化管道、點(diǎn)火裝置及溫度探測裝置均安裝于杯座之安裝部上，所述液體容納部可容納從加熱氣化管道末端輸出的甲醇和水原料，所述液體容納部上端還設(shè)有液體防濺蓋；所述加熱氣化管道依次包括直通管段、螺旋管段及上拱形管段，所述甲醇和水原料可經(jīng)直通管段上升至最高位置后，再經(jīng)螺旋管段螺旋下降，再經(jīng)上拱形管段后輸出；所述杯座的底側(cè)安裝有進(jìn)風(fēng)蓋板，該進(jìn)風(fēng)蓋板設(shè)有風(fēng)道，外界空氣可經(jīng)該風(fēng)道進(jìn)入至重整器內(nèi)；所述原料輸入管道上設(shè)有電磁閥，以便控制原料輸入管道打開或關(guān)閉。
[0015]在上述技術(shù)方案中，所述氫氣純化裝置為膜分離裝置，該膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0017]其一、本實(shí)用新型采用至少三組甲醇水重整制氫模組，模塊化程度高，單一甲醇水重整制氫模組體積小、啟動快速，制氫溫度、氣體流量及氣壓等方面參數(shù)控制靈敏；
[0018]其二、本實(shí)用新型各組甲醇水重整制氫模組制得的氫氣通過輸送管道直接傳送給合成氨系統(tǒng)，無需貯氫罐等高壓力容器，能即時制氫及快速分離出氫氣，從而免除了貯氫罐成本，提高了氫氣輸送的安全度，避免因貯氫罐異常造成的氫氣泄露甚至貯氫罐爆炸的問題；
[0019]其三、由于本實(shí)用新型每組甲醇水重整制氫模組的制氫量相對于現(xiàn)有技術(shù)中單一甲醇水重整制氫模組的制氫量要小得多，例如，若本實(shí)用新型設(shè)置100組甲醇水重整制氫模組，那么本實(shí)用新型每組甲醇水重整制氫模組的制氫量只需要現(xiàn)有技術(shù)中單一甲醇水重整制氫模組的制氫量的1/100即可；當(dāng)即時氫原料需求量較小時，控制裝置只需要控制較少的甲醇水重整制氫模組(例如50組)運(yùn)轉(zhuǎn)；因此，本實(shí)用新型采用至少三組甲醇水重整制氫模組作為制氫主體裝置時，能極大減少空載，其整體耗能較小，甲醇和水原料消耗較低、利用率尚;
[0020]其四、本實(shí)用新型采用至少三組甲醇水重整制氫模組后，當(dāng)一組