[發(fā)明專利]一種兩段法氨裂解制氫氣或制還原氣的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111199042.9
• 申請(qǐng)日: 2021-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN113896168B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蹇守華;葛得翠;劉卓衢;李林;王鍵;張新波;武立新;姬存民;汪恒;楊寬輝;蒲裕;李克兵;鐘翔;趙為倉;楊建軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司
• 主分類號(hào): C01B3/04
• 分類號(hào): C01B3/04
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 呂玲

本發(fā)明具體為一種兩段法氨裂解制氫氣或制還原氣的方法，該方法包括以下步驟：原料液氨首先經(jīng)過換熱氣化系統(tǒng)完全氣化、升溫，然后進(jìn)入第一段換熱氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)，發(fā)生部分氨裂解反應(yīng)，出第一段換熱氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)氣進(jìn)入第二段高溫氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)，進(jìn)行剩余部分氨裂解反應(yīng)，第二段高溫氨裂解反應(yīng)氣依次進(jìn)入第一段換熱氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)和換熱氣化系統(tǒng)，逐級(jí)回收熱量后即為還原氣。當(dāng)還原氣需后續(xù)制取氫氣時(shí)，反應(yīng)氣經(jīng)回收熱量再冷卻至常溫后進(jìn)入PSA提氫系統(tǒng)，制得產(chǎn)品氫氣。本發(fā)明采用兩段法氨裂解方法，充分利用第二段高溫氨裂解反應(yīng)出口氣熱量，節(jié)省外供熱量，同時(shí)減少第二段高溫氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)投資。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石油化工領(lǐng)域，涉及一種由液氨制氫氣或制還原氣的技術(shù)，具體為兩段法氨裂解制氫氣或制還原氣的方法。

背景技術(shù)

氨分解制氫主要是指將氨加熱至800～850℃，在催化劑作用下，氨(氣態(tài))進(jìn)行分解，得到含75％H₂、25％N₂的氫氮混合氣體。后續(xù)再對(duì)混合氣體進(jìn)行氫氣提純處理，最后可制得高純氫氣。

現(xiàn)有氨分解裝置存在較大的局限性。大多采用液氨為原料，在低壓下，經(jīng)氣化器蒸發(fā)氣化進(jìn)入分解爐。分解爐內(nèi)置電爐用于提供熱源輸出，來保證氨分解所需的高溫；氨進(jìn)入分解爐膽，在催化劑的作用下高溫裂解成氫氮混合氣體。由于其結(jié)構(gòu)與熱量來源的限制，裝置規(guī)模較小，制氫量基本在5000Nm³/h及以下，能耗高，電耗量≥1度/Nm³氫氣。同時(shí)又要考慮內(nèi)置電爐的安全性，裝置只能在低壓下工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種兩段法氨裂解制氫氣或制還原氣的方法，該方法采用兩段法氨裂解方法，充分利用第二段高溫氨裂解反應(yīng)出口氣熱量，節(jié)省外供熱量，同時(shí)減少第二段高溫氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)投資。

本發(fā)明的另外一個(gè)發(fā)明目的是提供一種以上方法涉及的系統(tǒng)，該系統(tǒng)中，采用兩段反應(yīng)器來制得合格的氫氣或還原氣。

為了實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：

一種兩段法氨裂解制氫氣或制還原氣的方法，包括以下步驟：原料液氨首先經(jīng)過換熱氣化系統(tǒng)完全氣化、升溫，然后進(jìn)入第一段換熱氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)，發(fā)生部分氨裂解反應(yīng)，氨裂解反應(yīng)所需熱源由第二段高溫氨裂解反應(yīng)氣換熱提供；出第一段換熱氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)氣進(jìn)入第二段高溫氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)，進(jìn)行剩余部分氨裂解反應(yīng)，第二段高溫氨裂解反應(yīng)所需熱源可以由電外加熱、氨或其他燃料燃燒外加熱以及氧燃燒自加熱提供；第二段高溫氨裂解反應(yīng)氣依次進(jìn)入第一段換熱氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)和換熱氣化系統(tǒng)，逐級(jí)回收熱量后即為還原氣；當(dāng)還原氣需后續(xù)制取氫氣時(shí)，反應(yīng)氣經(jīng)回收熱量再冷卻至常溫后進(jìn)入PSA提氫系統(tǒng)，制得產(chǎn)品氫氣。

作為本申請(qǐng)中一種較好的實(shí)施方式，氨裂解壓力根據(jù)后續(xù)氫氣或還原氣壓力確定，最高為5.0MPa。

兩段法氨裂解制氫氣或制還原氣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括

換熱氣化系統(tǒng)，用于將原料液氨完全氣化、升溫，以及將第一段換熱氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)的出口氣進(jìn)行熱量回收；

與換熱氣化系統(tǒng)連接的第一段換熱氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)，用于發(fā)生部分氨裂解反應(yīng)；

與第一段換熱氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)相互連接的第二段高溫氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)，用于進(jìn)行剩余部分氨裂解反應(yīng)，第二段高溫氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)的出口氣管與第一段換熱氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)連通；

與換熱氣化系統(tǒng)連接的還原氣儲(chǔ)存裝置或PSA提氫系統(tǒng)，用于制得還原氣或氫氣產(chǎn)品。

作為本申請(qǐng)中一種較好的實(shí)施方式，所述第一段換熱氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)可設(shè)置為單獨(dú)的換熱器與單獨(dú)的絕熱反應(yīng)器組成的系統(tǒng)；也可設(shè)置為帶換熱的反應(yīng)器，反應(yīng)器中裝填有催化劑。

作為本申請(qǐng)中一種較好的實(shí)施方式，該系統(tǒng)還包括與第二段高溫氨裂解反應(yīng)系統(tǒng)連接的熱源裝置，用于給第二段高溫氨裂解反應(yīng)提供所需熱源。