CN112178970B - 氢气非燃烧法用于溴化锂机组并联产氮气的方法及*** - Google Patents

氢气非燃烧法用于溴化锂机组并联产氮气的方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氢气非燃烧法用于溴化锂机组并联产氮气的方法及***，氢气和空气在催化剂的作用下产生高温蒸汽和氮气的混合气，用此混合气代替其它热源用于溴化锂吸收法制冷工艺生产低温冷水，同时通过冷凝分离混合气里的水蒸汽后即可生产氮气，实现了制冷和氮气联产。采用多级反应，方便控制；借助于催化剂并通过严格控制空气与氢气之间每一级比例，实现了安全生产；氢气的热效率大幅度提高；产出氮气成本非常低。

Description

氢气非燃烧法用于溴化锂机组并联产氮气的方法及***
技术领域
本发明涉及一种采用新型供热方式的溴化锂机组实现方法及其***。
背景技术
目前有许多氯碱生产厂家及其它副产氢气的工业厂家把氢气用来生产蒸汽，其基本工艺是将氢气和空气采用燃烧的方法来加热软化水制造蒸汽。其主要热交换过程是：在发生器内用蒸汽等外来热源加热溴化锂溶液，使溶液中的水变成蒸汽，蒸汽进入冷凝器后，被循环冷却水冷凝成高压低温液态水，然后高压低温水进入蒸发器，以节流膨胀的方式吸收载冷介质的热量并向用户提供冷量，本身形成蒸汽并被来自发生器内的浓溴化锂溶液吸收，吸收水蒸汽后的溴化锂溶液变稀并被送回发生器内继续被加热从而实现下一个制冷循环。
目前工业生产氮气的方法基本上有空分法、变压吸附法、膜分离法等工艺，也可对燃氢烟气进行处理生产氮气，燃氢烟气回收氮气的工艺是：按比例补充一定量的氢气后在催化剂的作用下反应生成水蒸汽以除去氧气，最后脱除水蒸汽从而生产氮气。
上述现有技术存在的不足：对于具备氢气资源且又需要低温冷水的生产企业（比如氯碱生产***）来说，有的生产厂家将多余的氢气采用燃烧法生产蒸汽并入蒸汽管网，而生产***需要的低温冷水又采用溴化锂吸收法工艺生产低温冷水，其过程是将蒸汽送进溴化锂机组内，采用溴化锂吸收法生产低温冷水。
同时氯碱生产***必须配套设备生产氮气供给使用，氮气的供应多采用空分法或变压吸附分离法或膜分离法等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种氢气非燃烧法用于溴化锂机组并联产氮气的方法及***。
本发明的技术方案如下：
氢气非燃烧法用于溴化锂机组并联产氮气的方法，其特征在于：氢气与空气分次混合并分段在催化剂的作用下反应生产水蒸汽，水蒸汽放出热量被来自溴化锂制冷机组的溴化锂溶液吸收用于生产低温冷水；氢气与空气中的氧气反应的最终产物经去除水分得到氮气。
优选地，氢气连续进入各段反应器中，空气则分次按与氢气设定的比例与氢气混合后进入各段反应器中。
优选地，各段反应器中，空气和氢气反应的管程连接有分析取样管，分析取样管中安装自控装置，在线分析本级管程中反应后氢气含量，用于控制本级空气加入量。
优选地，所述的催化剂为钯触媒催化剂。
优选地，空气与氢气反应产生热能加热稀溴化锂溶液，使溶液中的水变成蒸汽，蒸汽进入冷凝器后，被循环冷却水冷凝成高压低温液态水，然后高压低温水进入蒸发器，以节流膨胀的方式吸收载冷介质的热量并向用户提供冷量；节流膨胀后的水形成蒸汽并被来自发生器内的浓溴化锂溶液吸收，浓溴化锂溶液变成稀溴化锂溶液，经过溴化锂进液管回流到最下一级反应器的反应换热器壳程，从而实现一个制冷循环。
氢气非燃烧法用于溴化锂机组并联产氮气的***，其特征在于：它包括多级反应器，每一级反应器包括安装有填料层的混合容器以及通过连接法兰安装在混合容器上端的反应换热器；所述反应换热器的管程内装有催化剂，所述连接法兰中安装有防漏网用于阻止催化剂掉落；前一级反应器的反应换热器管程与后一级反应器的混合容器相通，相邻两级反应器的反应换热器壳程之间通过溴化锂连接管互相连接；第一级反应器的混合容器通过阀门和氢气流量计连接有氢气进气管；最后一级反应器的上端连接有与该级反应换热器管程相通的尾气管；每一个混合容器通过阀门和空气流量计连接有空气进气管，第一级反应器的反应换热器壳程通过阀门连接有溴化锂进液管，最后一级反应器的反应换热器壳程通过阀门连接有溴化锂回液管；溴化锂进液管连接溴化锂吸收制冷机组的稀液管，溴化锂回液管连接溴化锂吸收制冷机组的蒸发器。
优选地，所述的尾气管连接有通过冷凝干燥脱出水蒸气的氮气产生装置。
空气进气管的内端带有空气分布罩且空气分布罩位于填料层下方。
优选地，反应换热器的侧壁上安装有分析取样管，分析取样管的内端与反应换热器的管程相通。
本发明的积极效果在于：本发明针对溴化锂吸收法生产低温冷水工艺中的发生器部分进行改造，以氢气为原料，不采用燃氢锅炉***，设置一台多段列管换热器，每段列管换热器里的管程均装填催化剂，空气按比例分次与氢气混合后依次进入各段管程，在催化剂的作用下，氢气和空气中的氧逐步反应生产水蒸汽并放出大量的热，所有放出的热量用于加热壳程的溴化锂溶液；来自溴化锂机组的溴化锂溶液依次连续进入各级列管换热器的壳程中，吸收热量后再进入溴化锂机组内生产低温冷水。
本发明的方法及***中，氢气和空气在催化剂的作用下产生高温蒸汽和氮气的混合气，用此混合气代替其它热源用于溴化锂吸收法制冷工艺生产低温冷水，同时通过冷凝分离混合气里的水蒸汽后即可生产氮气，实现制冷和氮气联产。采用多级反应，方便控制。借助于催化剂并通过严格控制空气与氢气之间每一级比例，实现了安全生产。氢气的热效率大幅度提高。产出氮气成本非常低。产出的冷凝水为优质水，无需处理即可用于用水管网或者锅炉用水等。
附图说明
图1是本发明***实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图进一步说明本发明。
如图1，本发明***实施例包括上下依次布置的多级反应器，每一级反应器包括安装有填料层12的混合容器15以及通过连接法兰11安装在混合容器15上端的反应换热器9，所述反应换热器9的管程内装有催化剂10，所述连接法兰11中安装有防漏网用于阻止催化剂掉落。反应换热器9的侧壁上安装有分析取样管8，分析取样管8的内端与反应换热器9的管程相通。
下一级反应器的反应换热器管程与上一级反应器的混合容器（下端）相通，相邻两级反应器的反应换热器壳程之间通过溴化锂连接管4互相连接。
最下一级反应器的混合容器通过阀门和氢气流量计1连接有氢气进气管2。最上一级反应器的上端连接有与该级反应换热器管程相通的尾气管6（封头）。每一个混合容器通过阀门和空气流量计13连接有空气进气管7，空气进气管7的内端带有空气分布罩14且空气分布罩14位于填料层12下方。最下一级反应器的反应换热器壳程通过阀门连接有溴化锂进液管3，最上一级反应器的反应换热器壳程通过阀门连接有溴化锂回液管5。
本发明***的另一实施例中，多级反应器并列布置，前一级反应器的反应换热器管程与后一级反应器的混合容器通过管路相通，第一级反应器相当于前述最下一级反应器，最后一级反应器相当于前述最上一级反应器。
所述的尾气管6可以排空，也可以连接有通过冷凝干燥脱出水蒸气的氮气产生装置。
溴化锂进液管3连接溴化锂吸收制冷机组的稀液管。溴化锂回液管5连接溴化锂吸收制冷机组的蒸发器，***中空气与氢气反应产生热能加热溴化锂溶液，使溶液中的水变成蒸汽，蒸汽进入冷凝器后，被循环冷却水冷凝成高压低温液态水，然后高压低温水进入蒸发器，以节流膨胀的方式吸收载冷介质的热量并向用户提供冷量。节流膨胀后的水形成蒸汽并被来自发生器内的浓溴化锂溶液吸收，浓溴化锂溶液变成稀溴化锂溶液，经过溴化锂进液管3回流到最下一级反应器的反应换热器壳程，从而实现一个制冷循环。
填料层12的作用是使得氢气和空气能够充分混合均匀，对填料的结构、种类等不做特殊要求，但要求材质符合反应温度要求。
设置分析取样管8的目的是检测分析反应的程度，以此调整各段空气的加入量，分析取样管8数量不做特殊要求，所采取的样本要满足生产运行工艺要求。比如：在分析取样管8中安装自控装置，在线分析本级管程中反应后氢气含量，用于控制本级空气加入量。
作为气体混合室的混合容器15与作为换热器的反应换热器9之间的两片连接法兰之间的防漏网的设置目的是防止催化剂8洒漏，材质要符合相关耐腐蚀、耐高温要求，防漏网开孔规格要满足相关催化剂尺寸要求，其结构和安装方式不做特殊规定。
氢气入口处阀门及氢气流量计1、各空气阀门及空气流量计13、氢气流量计1等结构、种类和材质不做特殊规定，但要符合耐腐蚀、耐高温等工艺要求。氢气流量计1数量、内部构造及安装位置不做特殊要求，但要求做到有利于空气和氢气的混合。
氢气连续进入最下一级（第一级）反应器的混合容器，空气经计量后按比例（每一级中氢气与空气之间的比例确保低于***极限：比如低于4.16：100），进入每一个混合容器，氢气与空气在填料的作用下充分混合均匀，然后进入反应换热器的管程内，在管程内的催化剂（比如钯触媒催化剂）作用下，空气中的氧和氢气反应产生水蒸汽并放出大量的热被溴化锂溶液吸收。反应后，本级混合气体内氧气基本耗尽，剩余未反应的氢气及其它气体共同进入下一级反应器，与经严格计量补充进来的空气继续反应。
来自溴化锂机组的溴化锂稀溶液进加热器的壳程，吸收氢气和氧气反应放出的热量后通过溴化锂连接管进入下一级反应器继续吸收热量。
在最后一级反应器，补充进来的空气不得过量，管程中的氢气和空气中的氧气全部反应结束，生成的尾气中全部为氮气和水蒸汽，这部分尾气经冷凝干燥脱除水蒸汽后为合格氮气，吸收热量后溴化锂溶液返回溴化锂机组生产低温冷水。脱水工艺采用现有技术，这里不做介绍。
本发明介绍的换热器为多段式反应与换热组合成一体的换热器，其段数与催化剂的种类、性能及生产实际状况有关。
本发明介绍的换热器为多段式反应与换热组合成一体的换热器，也可根据生产实际需求将反应与换热分开进行，比如说催化反应为一体并分段进行，换热为一体，并分段换热，这里不做特殊规定。
尾气脱除水蒸汽的工艺方式、设备种类等采用现有工艺技术，不做特殊规定，仅要求所采用的工艺方式、设备种类性能等能在脱除水蒸汽后所生产的氮气符合国家标准要求。
本发明介绍的技术可以实现低温冷水和氮气联产，也可以不生产氮气，仅生产低温冷水，这时仅需把最后一级反应生产的烟气直接排空就可以。
为符合安全规范，本发明容器加装安全附件，安全附件是防爆膜。防爆膜在空气加入口水平面上下安装，具***置及尺寸不做特殊要求。

Claims (6)

1.氢气非燃烧法用于溴化锂机组并联产氮气的方法，其特征在于：氢气与空气分次混合并分段在催化剂的作用下反应生产水蒸汽，水蒸汽放出热量被来自溴化锂制冷机组的溴化锂溶液吸收用于生产低温冷水；氢气与空气中的氧气反应的最终产物经去除水分得到氮气；氢气与空气分次混合是指：氢气连续进入各段反应器中，空气则分次按与氢气设定的比例与氢气混合后进入各段反应器中；
空气与氢气反应产生热能加热稀溴化锂溶液，使溶液中的水变成蒸汽，蒸汽进入冷凝器后，被循环冷却水冷凝成高压低温液态水，然后高压低温水进入蒸发器，以节流膨胀的方式吸收载冷介质的热量并向用户提供冷量；节流膨胀后的水形成蒸汽并被来自发生器内的浓溴化锂溶液吸收，浓溴化锂溶液变成稀溴化锂溶液，经过溴化锂进液管回流到最下一级反应器的反应换热器壳程，从而实现一个制冷循环；
在最后一级反应器，补充进来的空气不得过量，管程中的氢气和空气中的氧气全部反应结束，生成的尾气中全部为氮气和水蒸汽，这部分尾气经冷凝干燥脱除水蒸汽后为合格氮气，吸收热量后溴化锂溶液返回溴化锂机组生产低温冷水。
2.按照权利要求 1所述的氢气非燃烧法用于溴化锂机组并联产氮气的方法，其特征在于：各段反应器中，空气和氢气反应的管程连接有分析取样管，分析取样管中安装自控装置，在线分析本级管程中反应后氢气含量，用于控制本级空气加入量。
3.按照权利要求 1所述的氢气非燃烧法用于溴化锂机组并联产氮气的方法，其特征在于：所述的催化剂为钯触媒催化剂。
4.氢气非燃烧法用于溴化锂机组并联产氮气的***，其特征在于：它包括多级反应器，每一级反应器包括安装有填料层（12）的混合容器（15）以及通过连接法兰（11）安装在混合容器（15）上端的反应换热器（9）；所述反应换热器（9）的管程内装有催化剂（10），所述连接法兰（11）中安装有防漏网用于阻止催化剂掉落；前一级反应器的反应换热器管程与后一级反应器的混合容器相通，相邻两级反应器的反应换热器壳程之间通过溴化锂连接管（4）互相连接；第一级反应器的混合容器通过阀门和氢气流量计（1）连接有氢气进气管（2）；最后一级反应器的上端连接有与该级反应换热器管程相通的尾气管（6）；每一个混合容器通过阀门和空气流量计（13）连接有空气进气管（7），第一级反应器的反应换热器壳程通过阀门连接有溴化锂进液管（3），最后一级反应器的反应换热器壳程通过阀门连接有溴化锂回液管（5）；溴化锂进液管（3）连接溴化锂吸收制冷机组的稀液管，溴化锂回液管（5）连接溴化锂吸收制冷机组的蒸发器；反应换热器（9）的侧壁上安装有分析取样管（8），分析取样管（8）的内端与反应换热器（9）的管程相通。
5.根据权利要求4所述的氢气非燃烧法用于溴化锂机组并联产氮气的***，其特征在于：所述的尾气管（6）连接有通过冷凝干燥脱出水蒸气的氮气产生装置。
6.根据权利要求4所述的氢气非燃烧法用于溴化锂机组并联产氮气的***，其特征在于：空气进气管（7）的内端带有空气分布罩（14）且空气分布罩（14）位于填料层（12）下方。
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