专利名称：节能型氨分解获得高纯氢氮混合气的装置及其方法
技术领域：
本发明属于节能领域，涉及一种氨分解及提纯装置及其方法，尤其是涉及一种节能型氨分解获得高纯氢氮混合气的装置及其方法。
背景技术：
高纯氢氮混合气在越来越多的行业中得到了应用，包括金属光亮，微电子芯片制造、高纯氨的制备等诸多领域。随着氢氮气使用量的增大，如何更节能地获得高纯氢氮气变得越来越重要了。例如中国专利ZL 200910062709. 3，名称为“氨催化裂解、氢氮气纯化和氨合成三步集成制备高纯氨的方法”公开了一种制备高纯氨的方法。这是一种区别于传统的通过精馏提纯获得高纯氨的新方法。该方法包括以下三个有机集成的工艺步骤，第一步氨催化裂解得到所需的原料气-氢氮混合气；第二步将氢氮混合气纯化；第三步使用高纯度的氢氮混合气合成高纯氨。该方法中氢氮混合气的纯度达到99. 999% 99. 9999999%。 现有的通过氨分解获得高纯氢氮混合气的工艺包括两个部分氨分解和提纯。I)氨分解该反应是合成氨反应的逆过程，其反应方程式如下
权利要求
1.节能型氨分解获得高纯氢氮混合气的装置，其特征在于包括氨气输入管、换热器、氨分解炉、水冷器、第一纯化器和氢氮混合气排放管； 所述换热器分为横向通道和纵向通道，所述横向通道和纵向通道互不连通； 所述氨气输入管与换热器的横向通道进口端连接相通，所述换热器的横向通道出口端通过第一管道与氨分解炉进口端连接相通，所述氨分解炉的出口端通过第二管道与换热器纵向通道进口端连接相通，所述换热器纵向通道出口端通过第三管道与水冷器进口端连接相通； 所述第一纯化器内包括第一纯化再生通道，所述第一纯化再生通道内设有分子筛； 所述水冷器的出口端通过第四管道与第一纯化再生通道进口端连接相通； 所述第一纯化再生通道出口端通过第五管道连接氢氮混合气排放管。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于优选地，所述换热器和氨分解炉外壁上贴覆有绝热保温层。
3.根据权利要求I所述的装置，其特征在于优选地，所述第五管道上设有并联的第六管道；所述第一纯化器的第一纯化再生通道进口端连接第一再生尾气排放管；所述第三管道上设有第一阀门，所述第四管道上设有第二阀门，所述第五管道上设有第三阀门，所述第六管道上设有第四阀门，所述第一再生尾气排放管上设有第五阀门。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于优选地，所述第一纯化器内还包括第一加热通道；所述第一纯化再生通道和第一加热通道互不连通；所述第三管道通过第七管道与第一加热通道进口端连接相通；所述第一加热通道出口端通过第八管道与水冷器的进口端连接相通；所述第八管道上设有第六阀门。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于优选地，所述第一纯化器内设有若干列管，该列管作为第一加热通道；所述列管外的第一纯化器内的空间形成第一纯化再生通道。
6.根据权利要求1-5中任一所述的装置，其特征在于优选地，所述第一纯化器外壁上贴覆绝热保温隔离层。
7.根据权利要求1-5中任一所述的装置，其特征在于所述装置还包括第二纯化器，所述第二纯化器内包括第二纯化再生通道；所述第二纯化再生通道内设有分子筛；所述水冷器的出口端通过第九管道与第二纯化再生通道进口端连接相通，所述第九管道上设有第七阀门；所述第二纯化再生通道出口端通过第十管道连接氢氮混合气排放管，所述第十管道上设有第八阀门。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于优选地，所述第十管道上设有并联的第十一管道，该第十一管道上设有第九阀门；所述第二纯化器的第二纯化再生通道进口端连接第二再生尾气排放管，所述第二再生尾气排放管上设有第十阀门；由氢氮混合气排放管、第十一管道、第二纯化再生通道和第二再生尾气排放管构成第二再生系统。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于优选地，所述第二纯化器内还包括第二加热通道；所述第二纯化再生通道和第二加热通道互不连通；所述第三管道通过第七管道和第十二管道与第二加热通道进口端连接相通；所述第二加热通道出口端通过第十三管道与水冷器的进口端连接相通；所述第十三管道上设有第十一阀门。
10.一种利用如权利要求4所述装置节能型制备高纯氢氮混合气的方法，其特征在于，包括如下步骤1)氨分解把室温(20°c左右)的氨气通过换热器横向通道换热后升温至700°C以上，然后进入氨分解炉，在氨分解炉内对氨气进一步加热升温至750 850°C，在加热升温的同时，氨气与氨分解催化剂接触被分解为氢氮混合气；该氢氮混合气通过换热器的纵向通道换热后降温至大300 400°C ;优选地，所述换热器和氨分解炉的外壁上设有绝热保温层； 2)第一纯化器提纯· 开启第一阀门、第二阀门和第三阀门；关闭第四阀门、第五阀门和第六阀门；将300 400°C的氢氮混合气输送到水冷器进行冷却至20 30°C，然后经第四管道输送到第一纯化器的第一纯化再生通道内，经该通道内的分子筛纯化后经第五管道输送到氢氮混合气排放管；优选地，所述第一纯化再生通道内填充的是5A分子筛； 3)第一纯化器再生 关闭第二阀门和第三阀门；开启第一阀门、第四阀门、第五阀门和第六阀门；将300 400°C的氢氮混合气经第七管道输送到第一纯化器的第一加热通道内，对第一纯化再生通道内的分子筛进行加热；加热后的氢氮混合气经第八管道输送到水冷器的进口端；同时将步骤2)得到的产品氢氮混合气经第六管道输送到第一纯化器的第一纯化再生通道内，产品氢氮混合气对第一纯化再生通道内的分子筛充气再生，再生气经第一再生尾气排放管排出；优选地，所述第一加热通道为若干列管。
11.一种利用如权利要求9所述装置节能型制备高纯氢氮混合气的方法，其特征在于，包括如下步骤 O氨分解把室温的氨气通过换热器横向通道换热后升温至700°C以上，然后进入氨分解炉，在氨分解炉内对氨气进一步加热升温至750 850°C，在加热升温的同时，氨气与氨分解催化剂接触被分解为氢氮混合气；该氢氮混合气通过换热器的纵向通道换热后降温至大300 400°C ;优选地，所述换热器和氨分解炉的外壁上设有绝热保温层； 2)第一纯化器提纯，第二纯化器再生； 开启第一阀门、第二阀门、第三阀门、第八阀门、第十阀门和第十一阀门；关闭第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第九阀门； 将300 400°C的氢氮混合气输送到水冷器进行冷却至20 30°C，然后经第四管道输送到第一纯化器的第一纯化再生通道内，经该通道内的分子筛纯化后经第五管道输送到氢氮混合气排放管；优选地，所述第一纯化再生通道内填充的是5A分子筛； 将氢氮混合气排放管中的产品气经第十管道输送到第二纯化器的第二纯化再生通道内，对分子筛进行吹扫，带出分子筛上的杂质，再生气经过第二再生尾气排放管排出；与此同时，将300 400°C的氢氮混合气经第七管道、第十二管道输送到第二纯化器的第二加热通道内，通过第二加热通道对第二纯化再生通道内的分子筛加热；加热后的氢氮混合气经第十三管道输送到水冷器的进口端；优选地，所述第二加热通道为若干列管； 3)第二纯化器提纯，第一纯化器再生； 开启第一阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门；关闭第二阀门、第三阀门、第九阀门、第十阀门和第十一阀门； 将300 400°C的氢氮混合气输送到水冷器进行冷却至20 30°C，然后经第九管道输送到第二纯化器的第二纯化再生通道内，经该通道内的分子筛纯化后经第十管道输送到氢氮混合气排放管；优选地，所述第二纯化再生通道内填充的是5A分子筛；将氢氮混合气排放管中的产品气经第六管道输送到第一纯化器的第一纯化再生通道内，对分子筛进行吹扫，带出分子筛上的杂质，再生气经过第一再生尾气排放管排出；与此同时，将300 400°C的氢氮混合气经第七管道输送到第一纯化器的第一加热通道内，通过第一加热通道对第一纯化再生通道内的分子筛加热；加热后的氢氮混合气经第八管道输送到水冷器 的进口端；优选地，所述第一加热通道为若干列管； 4)步骤2)和步骤3)循环往复，连续不间断的制备高纯氢氮混合气产品。
全文摘要
节能型氨分解获得高纯氢氮混合气的装置，包括氨气输入管、换热器、氨分解炉、水冷器、第一纯化器和氢氮混合气排放管；所述换热器分为横向通道和纵向通道；所述氨气输入管与换热器的横向通道进口端连接相通，所述换热器的横向通道出口端通过第一管道与氨分解炉进口端连接相通，所述氨分解炉的出口端通过第二管道与换热器纵向通道进口端连接相通，所述换热器纵向通道出口端通过第三管道与水冷器进口端连接相通；所述第一纯化器内包括第一纯化再生通道，所述第一纯化再生通道内设有分子筛。本装置使得获得每立方米高纯氢氮混合气的总能耗在0.5千瓦时以下，比较现有的系统节能18～25%。
文档编号C01B3/04GK102910580SQ20121044701
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者鲍坚仁, 鲍坚斌 申请人:湖南高安新材料有限公司