一种用于合成氨的氢原料生产设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及合成氨工业技术领域，特别涉及一种用于合成氨的氢原料生产设备。
【背景技术】
[0002]氨是最重要的基础化工产品之一，既是主要的最终产品，又是重要的中间体。合成氨广泛应用于化肥、各种铵盐、硝酸、炸药、塑料、合成纤维、油漆、感光材料等产品生产。目前中国合成氨年产量为5000多万吨，约占全世界产量的三分之一。合成氨工业的原料是氮气和氢气。氮气是从空气中分离出来的，通常使用的两种分离方法是液化和分馏，利用空气中氮气的沸点比氧气的沸点低，先将空气加压降温变成液态，然后再加热，使氮气首先从液态空气中蒸发出来，从而获得氮气。氢气的来源主要有两种:其一、绝大部分氢是从石油、煤炭和天然气中制取，其中，采用煤在高温下制取氢气的反应方程式为C + H2O - CO + H2，采用天然气在高温和催化剂作用下制取氢气的反应方程式为CH4+ H2O -CO + 3H2这类方法需要消耗本来就很紧缺的矿物燃料，并且这类制氢设备体积大、启动慢、智能化低、安全性差、能耗高；其二、小部分氢是用电解水的方法制取，这种方法消耗电能大。
[0003]随着技术的进步，采用甲醇和水重整制氢的技术逐渐得到发展，该重整制氢技术所制得的氢气逐渐被用作合成氨工业中的原料气。参照中国发明申请201310340475.0(申请人:上海合既得动氢机器有限公司)，该专利公开了一甲醇水制氢系统，甲醇与水蒸气重整器的重整室内，在350-409°C温度下1-5M Pa的压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统。反应方程如下:(1)CH30H —C0+2H2;(2)H20+C0 —C02+H2;(3)CH30H+H20 — C02+3H2，重整反应生成的4和CO 2，再经过分离室的钯膜分离器将HjP CO 2分离，得到高纯氢气。参照中国发明申请200910311040.7(申请人:四川亚联高科技股份有限公司)，该专利公开了一种催化燃烧作为热源的甲醇水蒸气制氢工艺，借助甲醇水蒸气重整反应器制得合成氨原料气，此工艺制造氢气环保性优良。然而，在现有合成氨工业中甲醇水重整制氢技术均采用单一的重整器，智能化差、无法模块化、体积大、启动慢，甲醇原料浪费严重，安全性低，整个过程需要贮氢罐，合成氨稳定性难以保障。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种用于合成氨的氢原料生产设备，该氢原料生产设备模块化高，单一模块体积小、启动快速，无需要贮氢罐、能即时制氢及快速分离出氢气，稳定性好，智能化高，制氢温度、气体流量及气压等方面参数控制灵敏，安全性高、可靠性强。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是:
[0006]一种用于合成氨的氢原料生产设备，包括控制装置、甲醇水储存输送装置及至少三组甲醇水重整制氢模组，所述控制装置与甲醇水储存输送装置及每一组甲醇水重整制氢模组均电性连接，以控制甲醇水储存输送装置及各组甲醇水重整制氢模组的工作状态；所述各组甲醇水重整制氢模组制得的氢气通过输送管道直接传送给合成氨系统，该合成氨系统在合成氨的过程中，将即时氢原料需求量反馈给控制装置，该控制装置根据合成氨系统的氢原料需求量信息控制适当数量的甲醇水重整制氢模组运转，并控制甲醇水储存输送装置向运转的甲醇水重整制氢模组输送甲醇和水原料。
[0007]所述甲醇水储存输送装置包括甲醇水储存容器及输送泵，所述甲醇水储存容器内储存有液态的甲醇和水原料，所述输送泵用于将甲醇水储存容器中的甲醇和水原料输送至甲醇水重整制氢模组；所述输送泵的数量与甲醇水重整制氢模组的数量相匹配，所述甲醇水储存容器的数量等于或少于输送泵的数量。
[0008]所述甲醇水重整制氢模组包括重整器，该重整器内设有重整室及氢气纯化装置，重整室内的温度为300-570°C温度，重整室内设有催化剂，甲醇和水在重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应制得含氢气体，重整室与氢气纯化装置通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室内，能通过重整室内的高温继续加热从重整室输出的气体；所述连接管路作为重整室与氢气纯化装置之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与氢气纯化装置的温度相同或接近，从氢气纯化装置的产气端得到氢气，供应给合成氨系统。
[0009]所述甲醇水重整制氢模组包括两种优选结构方式:
[0010]第一种甲醇水重整制氢模组的优选结构方式是:所述甲醇水重整制氢模组整合有换热器，所述换热器安装于甲醇水储存输送装置与重整器之间的输送管道上，低温的甲醇和水原料在换热器中，与重整室输出的高温气体进行换热，甲醇和水原料温度升高、汽化；所述重整器设有电加热器，该电加热器为重整室提供300-570°C温度；所述氢气纯化装置的产气端输出的氢气，经换热器后温度降低，再供应给合成氨系统。
[0011]进一步，所述换热器与重整器之间还设有补偿汽化装置，该补偿汽化装置设有电加热器，所述甲醇和水原料经补偿汽化装置后可进一步汽化。
[0012]第二种甲醇水重整制氢模组的优选结构方式是:所述甲醇水重整制氢模组整合有换热器，所述换热器安装于甲醇水储存输送装置与重整器之间的输送管道上，低温的甲醇和水原料在换热器中，与重整室输出的高温气体进行换热，甲醇和水原料温度升高、汽化；所述重整器内还没有汽化室，所述甲醇和水原料在换热器中换热后进入汽化室汽化，汽化后的甲醇蒸汽及水蒸汽进入重整室，重整室下部及中部温度为300-420 °C，重整室上部的温度为400-570°C ;所述重整室与氢气纯化装置之间的连接管路的全部或部分设置于重整室的上部；所述氢气纯化装置的产气端输出的氢气，经换热器后温度降低，再供应给合成氨系统。
[0013]进一步，所述重整器一端安装有启动装置，该启动装置包括杯座，杯座上安装有原料输入管道、加热气化管道、点火装置及温度探测装置；所述原料输入管道可输入甲醇和水原料，原料输入管道与加热气化管道相连通，甲醇和水原料经原料输入管道进入加热气化管道后，从加热气化管道的末端输出；所述点火装置的位置与加热气化管道的末端相对应，用于对加热气化管道中输出的甲醇和水原料进行点火，甲醇和水原料经点火装置点火后燃烧，可对加热气化管道进行加热，使加热气化管道中的甲醇和水原料气化而迅速加大燃烧强度，进而为重整器加热；所述温度探测装置用于探测加热气化管道旁的温度；所述重整器启动制氢后，重整器制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持重整器运行。
[0014]再进一步，所述杯座包括安装部及安装部上方的液体容纳部，所述原料输入管道、加热气化管道、点火装置及温度探测装置均安装于杯座之安装部上，所述液体容纳部可容纳从加热气化管道末端输出的甲醇和水原料，所述液体容纳部上端还设有液体防溅盖；所述加热气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经直通管段上升至最高位置后，再经螺旋管段螺旋下降，再经上拱形管段后输出；所述杯座的底侧安装有进风盖板，该进风盖板设有风道，外界空气可经该风道进入至重整器内；所述原料输入管道上设有电磁阀，以便控制原料输入管道打开或关闭。
[0015]在上述技术方案中，所述氢气纯化装置为膜分离装置，该膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金。
[0016]本实用新型的有益效果是:
[0017]其一、本实用新型采用至少三组甲醇水重整制氢模组，模块化程度高，单一甲醇水重整制氢模组体积小、启动快速，制氢温度、气体流量及气压等方面参数控制灵敏；
[0018]其二、本实用新型各组甲醇水重整制氢模组制得的氢气通过输送管道直接传送给合成氨系统，无需贮氢罐等高压力容器，能即时制氢及快速分离出氢气，从而免除了贮氢罐成本，提高了氢气输送的安全度，避免因贮氢罐异常造成的氢气泄露甚至贮氢罐爆炸的问题；
[0019]其三、由于本实用新型每组甲醇水重整制氢模组的制氢量相对于现有技术中单一甲醇水重整制氢模组的制氢量要小得多，例如，若本实用新型设置100组甲醇水重整制氢模组，那么本实用新型每组甲醇水重整制氢模组的制氢量只需要现有技术中单一甲醇水重整制氢模组的制氢量的1/100即可；当即时氢原料需求量较小时，控制装置只需要控制较少的甲醇水重整制氢模组(例如50组)运转；因此，本实用新型采用至少三组甲醇水重整制氢模组作为制氢主体装置时，能极大减少空载，其整体耗能较小，甲醇和水原料消耗较低、利用率尚;
[0020]其四、本实用新型采用至少三组甲醇水重整制氢模组后，当一组