一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用的制作方法

本发明属于气体储存，尤其涉及一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用。

背景技术：

1、合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨，为一种基本无机化工流程。现代化学工业中，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。氮气和氢气是合成氨的重要原料，现有的技术中是将氮气和氢气分别储存，需要合成氨时，将纯净的氢、氮混合气压缩到高压通入到反应装置中，在催化剂的作用下合成氨。分别储存氢气和氮气时，需要投入的设备多，维护成本高；分别通入到合成装置中反应时，氢气与氮气的分布不均匀造成合成效率低。储存液态的氢气和氮气相比较于气态存储具有占地空间小，储存量大的优点。亟需本领域技术人员提出一种氢气与氮气在液态下混合的储存装置，该装置能够实现制氨前的预混，简化工艺流程，提高液氮和液氢储存的安全性，并且能够降低储存氢气和氮气成本。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用，用于解决上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用，包括：混凝土底座、储存罐、液氢气化装置和液氮气化装置，所述储存罐底部预埋在所述混凝土底座中，所述储存罐中设置有隔离板，所述隔离板将所述储存罐分隔成混合腔和储存腔，所述储存腔中设置有隔离圈，所述隔离圈将所述储存腔分隔成液氮储存腔和液氢储存腔，所述液氢气化装置和所述液氮气化装置均安装在所述储存罐的侧壁上，所述液氢气化装置的输入端穿过所述隔离板伸入到所述液氢储存腔中，输出端与所述混合腔连通，所述液氮气化装置的输入端穿过所述隔离板伸入到所述液氮储存腔，输出端与所述混合腔连通。

4、进一步地，还包括液氮进液管和液氢进液管，所述液氮进液管和所述液氢进液管预埋在所述混凝土底座中，所述液氮进液管和所述液氢进液管的输入端均漏出所述混凝土底座，所述液氮进液管的输出端与所述液氮储存腔连通，所述液氢进液管的输出端与所述液氢储存腔连通，所述混合腔的顶部设置有出气管。

5、进一步地，所述液氢气化装置包括第一泵体、液氢管和液氢气化管，所述第一泵体安装在所述储存罐的侧壁上，所述液氢管预埋在所述隔离板中，一端伸入到所述液氢储存腔中，另一端与所述第一泵体连通，所述液氢气化管设置在所述储存罐的外壁上，一端与所述第一泵体连通，另一端与所述混合腔连通。

6、进一步地，所述液氢气化管螺旋分布在所述储存罐的外壁上。

7、进一步地，所述液氮气化装置包括第二泵体、液氮管和液氮气化管，所述第二泵体安装在所述储存罐的侧壁上，所述液氮管预埋在所述隔离板中，一端伸入到所述液氮储存腔中，另一端与所述第二泵体连通，所述液氮气化管设置在所述储存罐的外壁上，一端与所述第二泵体连通，另一端与所述混合腔连通。

8、进一步地，所述液氮气化管螺旋分布在所述储存罐的外壁上。

9、进一步地，所述液氢气化管与所述液氮气化管螺旋分布在所述储存罐的外壁上，并相互错开。

10、进一步地，所述隔离圈包括液氢储存外壁、真空粉末绝热层和液氢储存内壁，所述液氢储存外壁和所述液氢储存内壁的顶端均与所述隔离板固定连接，底端均与所述储存罐的内部底端固定连接，所述真空粉末绝热层位于所述液氢储存外壁和所述液氢储存内壁之间。

11、进一步地，所述隔离圈还包括高强度碳纤维，所述高强度碳纤维缠绕在所述液氢储存内壁的外表面，位于所述液氢储存内壁与所述真空粉末绝热层之间。

12、进一步地，所述真空粉末绝热层内的真空度为10-1～10-2mpa.

13、本发明的有益效果在于：

14、1)本发明的液氢储罐大大降低了氢气储存的占用空间，提高了储罐的经济适用性。液氢储存和液氮储存的安全性得到提高；本发明的液氢液氮混合储存减少了合成氨之前的气体的预混步骤，简化了工艺流程，降低了能耗和合成氨成本。

15、2)本发明采用原料气制备、液氢液氮混合存储和氢氮混合的思路，实现了原料生产、液态储存和气体利用的一体化系统，同时因为液氮混合储存罐中氮气的存在，既避免了氢气的爆燃，还降低了对于罐体材质的要求。本发明在确保高质量氨合成的前提下，降低工艺要求和成本，便于大规模的生产。

16、3)由于氢气和氮气的液相点不同，氢气液化温度低于氮气的熔点，储存腔用隔离圈隔开，采用物理隔离的方式，在储存腔中分别储存液氮和液氢，液氮储存腔和液氢储存腔能在各自的温度条件下储存液氮和液氢；将液氮储存腔设置在液氢储存腔的外环即可同时满足两种液态气体的储存需求，减少了设备的成本；通过液氢气化装置和液氮气化装置将液氢和液氮气化后在混合腔混合，实现了制氨前的预混，简化了工艺流程，提高了液氮和液氢储存的安全性，并降低储存氢气和氮气成本。

技术特征：

1.一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用，其特征在于，包括：混凝土底座、储存罐、液氢气化装置和液氮气化装置，所述储存罐底部预埋在所述混凝土底座中，所述储存罐中设置有隔离板，所述隔离板将所述储存罐分隔成混合腔和储存腔，所述储存腔中设置有隔离圈，所述隔离圈将所述储存腔分隔成液氮储存腔和液氢储存腔，所述液氢气化装置和所述液氮气化装置均安装在所述储存罐的侧壁上，所述液氢气化装置的输入端穿过所述隔离板伸入到所述液氢储存腔中，输出端与所述混合腔连通，所述液氮气化装置的输入端穿过所述隔离板伸入到所述液氮储存腔，输出端与所述混合腔连通。

2.根据权利要求1所述的一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用，其特征在于，还包括液氮进液管和液氢进液管，所述液氮进液管和所述液氢进液管预埋在所述混凝土底座中，所述液氮进液管和所述液氢进液管的输入端均漏出所述混凝土底座，所述液氮进液管的输出端与所述液氮储存腔连通，所述液氢进液管的输出端与所述液氢储存腔连通，所述混合腔的顶部设置有出气管。

3.根据权利要求1所述的一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用，其特征在于，所述液氢气化装置包括第一泵体、液氢管和液氢气化管，所述第一泵体安装在所述储存罐的侧壁上，所述液氢管预埋在所述隔离板中，一端伸入到所述液氢储存腔中，另一端与所述第一泵体连通，所述液氢气化管设置在所述储存罐的外壁上，一端与所述第一泵体连通，另一端与所述混合腔连通。

4.根据权利要求3所述的一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用，其特征在于，所述液氢气化管螺旋分布在所述储存罐的外壁上。

5.根据权利要求4所述的一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用，其特征在于，所述液氮气化装置包括第二泵体、液氮管和液氮气化管，所述第二泵体安装在所述储存罐的侧壁上，所述液氮管预埋在所述隔离板中，一端伸入到所述液氮储存腔中，另一端与所述第二泵体连通，所述液氮气化管设置在所述储存罐的外壁上，一端与所述第二泵体连通，另一端与所述混合腔连通。

6.根据权利要求5所述的一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用，其特征在于，所述液氮气化管螺旋分布在所述储存罐的外壁上。

7.根据权利要求6所述的一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用，其特征在于，所述液氢气化管与所述液氮气化管螺旋分布在所述储存罐的外壁上，并相互错开。

8.根据权利要求1所述的一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用，其特征在于，所述隔离圈包括液氢储存外壁、真空粉末绝热层和液氢储存内壁，所述液氢储存外壁和所述液氢储存内壁的顶端均与所述隔离板固定连接，底端均与所述储存罐的内部底端固定连接，所述真空粉末绝热层位于所述液氢储存外壁和所述液氢储存内壁之间。

9.根据权利要求8所述的一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用，其特征在于，所述隔离圈还包括高强度碳纤维，所述高强度碳纤维缠绕在所述液氢储存内壁的外表面，位于所述液氢储存内壁与所述真空粉末绝热层之间。

10.根据权利要求8所述的一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用，其特征在于，所述真空粉末绝热层内的真空度为10-1～10-2mpa。

技术总结本发明公开一种液态储氢与氮气混合储存装置在氨合成中的应用，属于气体储存技术领域，包括：混凝土底座、储存罐、液氢气化装置和液氮气化装置，储存罐底部预埋在混凝土底座中，储存罐中设置有隔离板，隔离板将储存罐分隔成混合腔和储存腔，储存腔中设置有隔离圈，隔离圈将储存腔分隔成液氮储存腔和液氢储存腔，液氢气化装置和液氮气化装置均安装在储存罐的侧壁上，液氢气化装置的输入端穿过隔离板伸入到液氢储存腔中，输出端与混合腔连通，液氮气化装置的输入端穿过隔离板伸入到液氮储存腔，输出端与混合腔连通。本发明实现了制氨前氢气和氮气的预混，简化了工艺流程，提高了液氮和液氢储存的安全性，并降低储存氢气和氮气成本。技术研发人员：李福建,李京光,刘大为,刘旭,李放受保护的技术使用者：中能建氢能源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29