氨气裂解炉的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种氨气裂解炉，其特征在于，包括：壳体，具有真空焊接的容置空间；置于所述壳体的容置空间内的反应罐，与所述壳体连接固定；与所述反应罐连通的进气管路，用于向所述反应罐内通入反应气体；设于所述反应罐的顶部的排气管路，所述排气管路伸入所述反应罐内且所述排气管路的进气口位于所述反应罐的底部，用于排出所述反应罐内生成的气体；以及置于所述壳体的容置空间内的加热模块，套设于所述反应罐上，用于对所述反应罐进行加热，所述加热模块包括陶瓷纤维模块和浇筑固定于所述陶瓷纤维模块内的加热丝，所述加热丝靠近所述反应罐设置且部分露出于所述陶瓷纤维模块。本发明结构简单，组装方便，节省成本、安全可靠。
【专利说明】
氨气裂解炉
技术领域
[0001 ]本发明涉及渗氮领域，特指一种氨气裂解炉。
【背景技术】
[0002]渗氮是表面硬化工艺，为工件表面提高了耐磨性、抗冲击强度和防腐蚀性能。尽管这种工艺早在本世纪出就问世，但很少为人理解。特别是不同于渗碳，渗氮工艺的控制比较复杂，传统的控制方式很难得到重复性好精度高的产品。直到最近，由于渗氮工艺精确控制的开发，才逐渐引起人们的注意。
[0003]目前，预抽真空氮化炉生产线所配置的氨气裂解装置基本上是将其放置在地面上，其炉衬由耐热砖砌筑而成，导致其本身质量比较重，占地面积也比较大。传统的氨气裂解炉内加热丝采用挂丝结构，即将加热丝挂置在炉衬内侧搁砖上，一旦加热丝损坏，维修起来不太方便。另外裂解炉内的反应罐长期处于高温(约100tC)状态下，当罐内压力升高时，若不能及时泄压，反应罐很容易膨胀变形，甚至裂开，尤其是反应罐的筒体与封头对接处更容易损坏。目前尚缺乏一种结构简单、外观轻巧、性能稳定且产气量较大的氨气裂解炉。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种氨气裂解炉，解决现有技术中炉衬导致装置质量重、占地面积大、加热丝采用挂丝结构维修不方便以及反应罐易变形等问题。
[0005]实现上述目的的技术方案是:
[0006]本发明提供了一种氨气裂解炉，其特征在于，包括:
[0007]壳体，具有真空焊接的容置空间；
[0008]置于所述壳体的容置空间内的反应罐，与所述壳体连接固定；
[0009]与所述反应罐连通的进气管路，所述进气管路的出气口位于所述反应罐的顶部，用于向所述反应罐内通入反应气体；
[0010]设于所述反应罐的顶部的排气管路，所述排气管路伸入所述反应罐内且所述排气管路的进气口位于所述反应罐的底部，用于排出所述反应罐内生成的气体;以及
[0011 ]置于所述壳体的容置空间内的加热模块，套设于所述反应罐上，用于对所述反应罐进行加热，所述加热模块包括陶瓷纤维模块和浇筑固定于所述陶瓷纤维模块内的加热丝，所述加热丝靠近所述反应罐设置且部分露出于所述陶瓷纤维模块。
[0012]采用加热丝与陶瓷纤维模块整体浇筑成型，结构紧凑，能够有效减小加热模块的体积，从而能够制得体积小巧的氨气裂解炉，在使用时，可将氨气裂解炉放置于氮化炉的炉体上，节省占地面积。加热模块的结构设计，使得单位面积加热功率提高，结合陶瓷纤维模块的低热容量、低热导率和抗风蚀性能高的优势，该加热模块具有优良的热稳定性以及抗热震性。将进气管路和排气管路均设于反应罐的顶部，使得结构简单，组装方便，节省成本。
[0013]本发明氨气裂解炉的进一步改进在于，所述陶瓷纤维模块呈环状，所述加热丝呈螺旋状埋设于环状的所述陶瓷纤维模块的内壁处。
[0014]本发明氨气裂解炉的进一步改进在于，所述加热丝与所述反应罐之间留设有空隙。
[0015]本发明氨气裂解炉的进一步改进在于，所述壳体与所述加热模块之间设有隔热层，所述隔热层为陶瓷纤维毯。
[0016]本发明氨气裂解炉的进一步改进在于，所述排气管路的口径大于所述进气管路的口径。
[0017]本发明氨气裂解炉的进一步改进在于，所述进气管路上靠近进气口处设置有氮气吹扫口，所述进气管路上安装有减压阀、针阀、流量计、气动角座阀、单向阀以及压力表。
[0018]本发明氨气裂解炉的进一步改进在于，所述排气管路上靠近出气口处设置有废气口，所述排气管路上装设有压力开关，通过所述压力开关控制所述废气口的连通。
[0019]本发明氨气裂解炉的进一步改进在于，所述排气管路上装设有防爆盖、冷却盘管以及控制排气管路的出气口开合的气动角座阀。
[0020]本发明氨气裂解炉的进一步改进在于，所述壳体的下部安装有热电偶，所述热电偶伸入所述壳体内且顶端靠近所述反应罐，用于感测所述反应罐的温度并将感测的温度发送至控制单元，所述控制单元根据接收的感测温度控制所述加热模块的运行。
[0021]本发明氨气裂解炉的进一步改进在于，所述反应罐内填充有催化剂。
【附图说明】
[0022 ]图1为本发明氨气裂解炉的剖视图。
[0023 ]图2为本发明氨气裂解炉的正视图。
[0024]图3为本发明氨气裂解炉的侧视图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0026]本发明提供了一种氨气裂解炉，实现将真空成型陶瓷纤维模块代替传统的耐热砖炉衬，并将加热丝嵌入到陶瓷纤维模块内，且氨气裂解炉的排气管路增加了防爆盖以及压力开关和常开气动角座阀，以确保氨气裂解炉的使用安全。本发明的氨气裂解炉体积轻巧，可直接放置于预抽真空氮化炉的壳体上，可以节省地面空间，具有结构简单，操作便捷，控制精度高以及安全可靠的特点。下面结合附图对本发明氨气裂解炉进行说明。
[0027]参阅图1所示，显示了本发明氨气裂解炉的剖视图。下面结合图1，对本发明氨气裂解炉的结构进行说明。
[0028]如图1所示，本发明氨气裂解炉包括壳体11、反应罐12、进气管路13、排气管路14、加热模块15、以及隔热层17，壳体11为密闭结构，采用板材及型材真空密封焊接而成，该壳体11较佳为圆柱形，在壳体11内形成有容置空间；反应罐12置于壳体11的容置空间内，该反应罐12与壳体11连接固定，反应罐12的作用是为氨气的裂解反应提供反应室;进气管路13与反应罐12连通，该进气管路13的出气口 132位于反应罐12的顶部，用于向反应罐12内通入反应气体，该反应气体为氨气，进气管路13连通于反应罐12顶部的进气孔，将进气管路13的出气口 132设于反应罐12的顶部，使得氨气从反应罐12的顶部通入，在氨气向下运动的过程中进行裂解，能够确保氨气的裂解完全;排气管路14设于反应罐12的顶部，该排气管路14伸入反应罐12内且该排气管路14的进气口 141位于反应罐12的底部，通过排气管路14将反应罐12内生成的气体排出；加热模块15置于壳体11的容置空间内，该加热模块15套设在反应罐12外，用于对反应罐12进行加热。该加热模块15包括陶瓷纤维模块151和浇筑固定在陶瓷纤维模块151内的加热丝152，该加热丝152靠近反应罐12设置且部分露出于陶瓷纤维模块151，陶瓷纤维模块151为环状结构，内部形成筒状的中空结构，通过该中空结构套设在反应罐12上，且中空结构的内壁处设置加热丝152。隔热层17设于壳体11和加热模块15之间，起到了隔热的作用。
[0029]加热模块15采用陶瓷纤维和加热丝152整体浇筑成型，陶瓷纤维采用真空成型工艺制成陶瓷纤维模块151，在真空成型时，将加热丝152置于设定的位置，使得浇筑成型后的加热丝152位于环状的陶瓷纤维模块151的内壁处，且加热丝152有部分露出于陶瓷纤维模块151的内壁。陶瓷纤维模块151具有低热容量、低热导率、弹性好、抗风蚀性能好、以及优良的热稳定性和抗热震性。较佳地，加热模块15呈环状的圆柱形，在加热模块15的中部形成了中空结构，加热丝151位于中空结构处，这样使得加热模块15在加热时，中空结构处温度较高，而陶瓷纤维模块151的热导率低，所以加热模块15的外周温度不会很高，避免了高温对壳体11寿命的影响。加热丝152采用FeCrAl加热丝，加热丝152呈螺旋状的埋设在陶瓷纤维模块151内，使得加热丝152单位面积加热功率高。加热丝与陶瓷纤维模块整体浇筑，成型的体积小，减少了安装空间，使得氨气裂解炉整体结构更加小巧。较佳地，将氨气裂解炉制成立式安装的圆筒形结构，体积小巧，且壳体11的底部设置安装支脚，通过安装支脚将氨气裂解炉放置于氮化炉的壳体上，节省了设备的占地面积。
[0030]在反应罐12和加热丝151之间留设有空隙16，该空隙16为确保加热丝151的安全，反应罐12的罐体为耐热钢材质，具有导电性，若反应罐12与加热丝151相接触，会使得加热丝151短路而发生损坏。另外，在反应罐12内的氨气裂解产生氮气和氢气，氨气裂解后体积变大，会引起反应罐12具有一定的变形，该空隙16也为反应罐12的变形提供一定的空间，确保整个裂解炉的安全性。
[0031]隔热层17设置于壳体11和加热模块15之间，该隔热层17贴设于壳体11的内侧面上，隔热层17为环状的柱形结构，隔热层17采用陶瓷纤维毯，具有低热容量、低热导率、优良的热稳定性和抗热震性，能够有效的降低炉体蓄热损失和散热损失。该隔热层17放置于壳体11的底板上，在壳体11的底板上放置有隔热垫18，隔热垫18为圆形结构，隔热垫18抵靠于隔热层17的内壁面。在隔热垫18的顶部放置有隔热环19，隔热环19内部空心结构的直径小于加热模块15内部的中空结构的直径，加热模块15的底端面置于隔热环19上，该隔热环19的空心结构的直径大于反应罐12的直径，隔热环19的空心结构为反应罐12的变形提供了变形空间。在壳体11的顶部设有套设在反应罐12上的隔热环20，该隔热环20的底部与加热模块15的顶部相贴合，隔热环20的内壁与反应罐12的外壁相贴合。隔热垫18、隔热环19和隔热环20采用与隔热层17同样的材质，即陶瓷纤维毯，这样在壳体11内的四周均设置了隔热材料，通过隔热层17、隔热垫18、隔热环19和隔热环20将加热模块15包覆起来，防止了加热模块15产生的热量损失，有效降低裂解炉内蓄热损失和散热损失，起到了较好的隔热作用。
[0032]结合图2和图3所示，进气管路13和排气管路14均设于氨气裂解炉的顶部，也设于反应罐12的顶部，进气管路13具有进气口 131和出气口 132，排气管路14具有进气口 141和出气口 142，进气管路13用于向反应罐12内通入反应气体，排气管路14用于将反应罐12内生成的气体排出，将进气管路13和排气管路14均设于氨气裂解炉的顶部，使得氨气裂解炉的结构简单，便于安装。在反应罐12内通入的气体为氨气，氨气裂解成氮气和氢气，为加快氨气裂解速度，提高生产效率，在反应罐12内填充有催化剂26。催化剂26为氨气裂解专用镍催化剂，氨气从反应罐12的上部通入，经过加热及催化剂催化裂解成氮气和氢气，然后从反应罐12底部的排气管路14排出反应罐12，排气管路14采用耐热钢管。由于氨气经催化裂解之后体积变大，故将排气管路14的口径设计为大于进气管路13的口径。反应罐12为柱状结构，其筒体采用耐热钢离心铸造而成，底部采用耐热钢封头与筒体焊接，反应罐12与壳体11之间采用法兰固定连接。反应罐12为中空的圆柱型结构，增大了催化面积，在镍催化作用下氨气裂解的更充分。
[0033]进气管路13上安装有减压阀、针阀、流量计、气动角座阀、单向阀以及压力表，可以精确控制从进气管路13通入反应气体的流量。进气管路13的进气口 131连接氨气瓶，减压阀的作用起到稳压的作用，使得通入的氨气压力恒定。针阀起到微调氨气通入流量的作用，通过调整针阀的孔径大小，来实现控制氨气的流量。气动角座阀用于控制进气管路13的连通与封闭，在通电时该气动角座阀打开，实现通过出气口 132向反应罐12内通入反应气体。单向阀用于防止气体倒灌，即防止反应罐12内的气体导向从进气管路13流出。压力表用于反应进气管路13的压力状态。在进气管路13的进气口 132处还设有氮气吹扫口，氮气吹扫口位于反应罐12的顶部，氮气吹扫口以一进气支路的方式连通于进气管路13上，该氮气吹扫口用于确保氨气裂解炉的安全使用。当正常生产过程中突然停电，为了安全起见，从氮气吹扫口通入氮气至反应罐12内，置换反应罐12内的裂解气氛，使管内残留的裂解气氛排出反应罐12外部，通过在排气管路14的出气口 142火帘燃烧掉。另外，在使用完成后，也需要进行氮气吹扫，以置换出反应罐12内残留的裂解气。若氨气裂解炉经长时间闲置后再次从新使用前，也会进行氮气吹扫，从而提高设备的安全性。
[0034]排气管路14上装设有防爆盖22、冷却盘管23、以及控制排气管路的出气口142开合的气动角座阀，该气动角座阀为常闭气动角座阀，在通电时该常闭气动角座阀打开，即打开出气口 142进行排气，在断电时该常闭气动角座阀关闭，即关闭出气口 142。在排气管路14上靠近出气口 142处设有废气口，该废气口处设置有常开气动角座阀，即在通电时，该常开气动角座阀为关闭状态，即关闭废气口，在断电时，该常开气动角座阀为打开状态，即打开废气口进行排气。废气口以一排气支路的形式连通于排气管路14上，正常情况下，该废气口的通路为关闭的。在排气管路14上装设有压力开关21，排气管路14经过压力开关21后分成两个支路，一个支路的端部形成废气口，另一支路的端部形成排气口 142，压力开关12设有一压力设定值，当排气管路14的压力高于压力设定值时，压力开关12将废气口支路的常开气动角座阀打开，以通过废气口对反应罐进行泄压，保护反应罐不至于在高温下因罐内体积膨胀变形。压力开关12的设置，能够在一定程度上解决反应罐内压力升高的问题，对反应罐起到安全保护作用。
[0035]排气管路14上装设的防爆盖22，用于在反应罐内的压力异常瞬间升高时，通过打开防爆盖22进行泄压，该防爆盖22的压力值高于压力开关21的设定值，低于反应罐损坏的压力值，能够有效保护反应罐12。在反应罐内由于误操作瞬间产生高压且来不及通过废气口泄压时，该压力高于防爆盖22的爆破压力，就会使得防爆盖爆破泄压，从而起到了多重保护反应罐的作用。排气管路14上装设的冷却盘管23用于对排出的气体进行降温。
[0036]在壳体11的下部安装有热电偶24，热电偶24伸入壳体11内且顶端靠近反应罐12，该热电偶24用于感测反应罐12的温度并将反侧的温度发用至控制单元，该控制单元为PLC，控制单元根据接收的感测温度控制加热模块15的运行。热电偶24采用一根双支四芯铠装热电偶，能够精确感测反应罐12的温度。
[0037]在壳体11的侧部设置有多个接线盒25，该接线盒25与加热模块15连接，用于为加热模块15供电，控制单元与接线盒25控制连接，用于根据热电偶24感测的温度控制接线盒25上供电开关的开合，以实现控制加热模块15的运行。接线盒25为加热模块15的引出线接线用，在引出线上套上一层耐高温绝缘陶瓷帽，能够有效绝缘，避免加热丝发生短路故障。在反应罐12内的压力升高达到压力开关21的设定值时，压力开关21会传递电信号给控制单元，控制单元会发出控制指令给报警器，发出声光报警。控制单元还控制连接进气管路12上设置的减压阀、针阀、流量计、气动角座阀、单向阀以及压力表，以实现自动控制气体进入的流量。
[0038]下面对本发明氨气裂解炉的工作原理进行说明。
[0039]本发明的氨气裂解炉结构简单、体积小巧，在使用时，将氨气裂解炉直接放置于氮化炉的炉体上，节省占地面积。氨气裂解炉的进气管路13连通氨气瓶，然后将氨气瓶内的氨气通过进气口 131通入至反应罐12内，反应罐12内进入的氨气经过加热模块15的加热和催化剂26的作用裂解，生成氮气和氢气，生成的氮气和氢气通过排气管路14排出反应罐12外，经过排气管路14的出气口 142进入到氮化炉内进行渗氮工艺，为氮化炉提供渗氮工艺所需的保护气氛，并参与调节炉内氮势。在反应罐12升温过程中，反应罐12气体体积膨胀，排气管路的废气口处的常开气动角座阀打开，通过此路给反应罐12泄压。反应罐12内压力升高，在压力达到压力开关21的设定压力值时，会打开常开气动角座阀连通废气口，通过废气口泄压。在压力突然瞬间升高时，压力值达到防爆盖22的压力值时，该防爆盖22爆破进行泄压，不会对反应罐12造成损坏。在通过吹扫口进行氮气吹扫时，废气口也处于连通状态，将吹扫通入的气体和反应罐12内残留的裂解气体排出，吹扫排出的裂解气在废气口通过火帘燃烧掉。
[0040]氨气在高温和镍催化剂作用下裂解生成氮气和氢气，给预抽真空氮化炉提供保护气氛，同时参与调解氮化炉内的氮势。当氮化炉内氮势高时，通入氨气裂解炉内的氨气量加大，裂解产生更多的氮气和氢气通入氮化炉内，使得氮化炉内氮势降低。当氮化炉内氮势低于设定值时，通入氨气裂解炉的氨气量降低，同时通入氮化炉的直通氨气量增大，提高氮势。氮势的控制过程通过控制单元实现自动控制。
[0041]以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种氨气裂解炉，其特征在于，包括: 壳体，具有真空焊接的容置空间； 置于所述壳体的容置空间内的反应罐，与所述壳体连接固定； 与所述反应罐连通的进气管路，所述进气管路的出气口位于所述反应罐的顶部，用于向所述反应罐内通入反应气体； 设于所述反应罐的顶部的排气管路，所述排气管路伸入所述反应罐内且所述排气管路的进气口位于所述反应罐的底部，用于排出所述反应罐内生成的气体;以及 置于所述壳体的容置空间内的加热模块，套设于所述反应罐上，用于对所述反应罐进行加热，所述加热模块包括陶瓷纤维模块和浇筑固定于所述陶瓷纤维模块内的加热丝，所述加热丝靠近所述反应罐设置且部分露出于所述陶瓷纤维模块。2.如权利要求1所述的氨气裂解炉，其特征在于，所述陶瓷纤维模块呈环状，所述加热丝呈螺旋状埋设于环状的所述陶瓷纤维模块的内壁处。3.如权利要求1或2所述的氨气裂解炉，其特征在于，所述加热丝与所述反应罐之间留设有空隙。4.如权利要求1所述的氨气裂解炉，其特征在于，所述壳体与所述加热模块之间设有隔热层，所述隔热层为陶瓷纤维毯。5.如权利要求1所述的氨气裂解炉，其特征在于，所述排气管路的口径大于所述进气管路的口径。6.如权利要求1或6所述的氨气裂解炉，其特征在于，所述进气管路上靠近进气口处设置有氮气吹扫口，所述进气管路上安装有减压阀、针阀、流量计、气动角座阀、单向阀以及压力表。7.如权利要求1或6所述的氨气裂解炉，其特征在于，所述排气管路上靠近出气口处设置有废气口，所述排气管路上装设有压力开关，通过所述压力开关控制所述废气口的连通。8.如权利要求7所述的氨气裂解炉，其特征在于，所述排气管路上装设有防爆盖、冷却盘管以及控制排气管路的出气口开合的气动角座阀。9.如权利要求1所述的氨气裂解炉，其特征在于，所述壳体的下部安装有热电偶，所述热电偶伸入所述壳体内且顶端靠近所述反应罐，用于感测所述反应罐的温度并将感测的温度发送至控制单元，所述控制单元根据接收的感测温度控制所述加热模块的运行。10.如权利要求1所述的氨气裂解炉，其特征在于，所述反应罐内填充有催化剂。
【文档编号】C01B21/02GK106006577SQ201610334220
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】丁礼, 曾爱群
【申请人】上海汇森益发工业炉有限公司