氨氣裂解爐的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種氨氣裂解爐，其特征在于，包括：殼體，具有真空焊接的容置空間；置于所述殼體的容置空間內的反應罐，與所述殼體連接固定；與所述反應罐連通的進氣管路，用于向所述反應罐內通入反應氣體；設于所述反應罐的頂部的排氣管路，所述排氣管路伸入所述反應罐內且所述排氣管路的進氣口位于所述反應罐的底部，用于排出所述反應罐內生成的氣體；以及置于所述殼體的容置空間內的加熱模塊，套設于所述反應罐上，用于對所述反應罐進行加熱，所述加熱模塊包括陶瓷纖維模塊和澆筑固定于所述陶瓷纖維模塊內的加熱絲，所述加熱絲靠近所述反應罐設置且部分露出于所述陶瓷纖維模塊。本發明結構簡單，組裝方便，節省成本、安全可靠。
【專利說明】
氨氣裂解爐
技術領域
[0001 ]本發明涉及滲氮領域，特指一種氨氣裂解爐。
【背景技術】
[0002]滲氮是表面硬化工藝，為工件表面提高了耐磨性、抗沖擊強度和防腐蝕性能。盡管這種工藝早在本世紀出就問世，但很少為人理解。特別是不同于滲碳，滲氮工藝的控制比較復雜，傳統的控制方式很難得到重復性好精度高的產品。直到最近，由于滲氮工藝精確控制的開發，才逐漸引起人們的注意。
[0003]目前，預抽真空氮化爐生產線所配置的氨氣裂解裝置基本上是將其放置在地面上，其爐襯由耐熱磚砌筑而成，導致其本身質量比較重，占地面積也比較大。傳統的氨氣裂解爐內加熱絲采用掛絲結構，即將加熱絲掛置在爐襯內側擱磚上，一旦加熱絲損壞，維修起來不太方便。另外裂解爐內的反應罐長期處于高溫(約100tC)狀態下，當罐內壓力升高時，若不能及時泄壓，反應罐很容易膨脹變形，甚至裂開，尤其是反應罐的筒體與封頭對接處更容易損壞。目前尚缺乏一種結構簡單、外觀輕巧、性能穩定且產氣量較大的氨氣裂解爐。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種氨氣裂解爐，解決現有技術中爐襯導致裝置質量重、占地面積大、加熱絲采用掛絲結構維修不方便以及反應罐易變形等問題。
[0005]實現上述目的的技術方案是:
[0006]本發明提供了一種氨氣裂解爐，其特征在于，包括:
[0007]殼體，具有真空焊接的容置空間；
[0008]置于所述殼體的容置空間內的反應罐，與所述殼體連接固定；
[0009]與所述反應罐連通的進氣管路，所述進氣管路的出氣口位于所述反應罐的頂部，用于向所述反應罐內通入反應氣體；
[0010]設于所述反應罐的頂部的排氣管路，所述排氣管路伸入所述反應罐內且所述排氣管路的進氣口位于所述反應罐的底部，用于排出所述反應罐內生成的氣體;以及
[0011 ]置于所述殼體的容置空間內的加熱模塊，套設于所述反應罐上，用于對所述反應罐進行加熱，所述加熱模塊包括陶瓷纖維模塊和澆筑固定于所述陶瓷纖維模塊內的加熱絲，所述加熱絲靠近所述反應罐設置且部分露出于所述陶瓷纖維模塊。
[0012]采用加熱絲與陶瓷纖維模塊整體澆筑成型，結構緊湊，能夠有效減小加熱模塊的體積，從而能夠制得體積小巧的氨氣裂解爐，在使用時，可將氨氣裂解爐放置于氮化爐的爐體上，節省占地面積。加熱模塊的結構設計，使得單位面積加熱功率提高，結合陶瓷纖維模塊的低熱容量、低熱導率和抗風蝕性能高的優勢，該加熱模塊具有優良的熱穩定性以及抗熱震性。將進氣管路和排氣管路均設于反應罐的頂部，使得結構簡單，組裝方便，節省成本。
[0013]本發明氨氣裂解爐的進一步改進在于，所述陶瓷纖維模塊呈環狀，所述加熱絲呈螺旋狀埋設于環狀的所述陶瓷纖維模塊的內壁處。
[0014]本發明氨氣裂解爐的進一步改進在于，所述加熱絲與所述反應罐之間留設有空隙。
[0015]本發明氨氣裂解爐的進一步改進在于，所述殼體與所述加熱模塊之間設有隔熱層，所述隔熱層為陶瓷纖維毯。
[0016]本發明氨氣裂解爐的進一步改進在于，所述排氣管路的口徑大于所述進氣管路的口徑。
[0017]本發明氨氣裂解爐的進一步改進在于，所述進氣管路上靠近進氣口處設置有氮氣吹掃口，所述進氣管路上安裝有減壓閥、針閥、流量計、氣動角座閥、單向閥以及壓力表。
[0018]本發明氨氣裂解爐的進一步改進在于，所述排氣管路上靠近出氣口處設置有廢氣口，所述排氣管路上裝設有壓力開關，通過所述壓力開關控制所述廢氣口的連通。
[0019]本發明氨氣裂解爐的進一步改進在于，所述排氣管路上裝設有防爆蓋、冷卻盤管以及控制排氣管路的出氣口開合的氣動角座閥。
[0020]本發明氨氣裂解爐的進一步改進在于，所述殼體的下部安裝有熱電偶，所述熱電偶伸入所述殼體內且頂端靠近所述反應罐，用于感測所述反應罐的溫度并將感測的溫度發送至控制單元，所述控制單元根據接收的感測溫度控制所述加熱模塊的運行。
[0021]本發明氨氣裂解爐的進一步改進在于，所述反應罐內填充有催化劑。
【附圖說明】
[0022 ]圖1為本發明氨氣裂解爐的剖視圖。
[0023 ]圖2為本發明氨氣裂解爐的正視圖。
[0024]圖3為本發明氨氣裂解爐的側視圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
[0026]本發明提供了一種氨氣裂解爐，實現將真空成型陶瓷纖維模塊代替傳統的耐熱磚爐襯，并將加熱絲嵌入到陶瓷纖維模塊內，且氨氣裂解爐的排氣管路增加了防爆蓋以及壓力開關和常開氣動角座閥，以確保氨氣裂解爐的使用安全。本發明的氨氣裂解爐體積輕巧，可直接放置于預抽真空氮化爐的殼體上，可以節省地面空間，具有結構簡單，操作便捷，控制精度高以及安全可靠的特點。下面結合附圖對本發明氨氣裂解爐進行說明。
[0027]參閱圖1所示，顯示了本發明氨氣裂解爐的剖視圖。下面結合圖1，對本發明氨氣裂解爐的結構進行說明。
[0028]如圖1所示，本發明氨氣裂解爐包括殼體11、反應罐12、進氣管路13、排氣管路14、加熱模塊15、以及隔熱層17，殼體11為密閉結構，采用板材及型材真空密封焊接而成，該殼體11較佳為圓柱形，在殼體11內形成有容置空間；反應罐12置于殼體11的容置空間內，該反應罐12與殼體11連接固定，反應罐12的作用是為氨氣的裂解反應提供反應室;進氣管路13與反應罐12連通，該進氣管路13的出氣口 132位于反應罐12的頂部，用于向反應罐12內通入反應氣體，該反應氣體為氨氣，進氣管路13連通于反應罐12頂部的進氣孔，將進氣管路13的出氣口 132設于反應罐12的頂部，使得氨氣從反應罐12的頂部通入，在氨氣向下運動的過程中進行裂解，能夠確保氨氣的裂解完全;排氣管路14設于反應罐12的頂部，該排氣管路14伸入反應罐12內且該排氣管路14的進氣口 141位于反應罐12的底部，通過排氣管路14將反應罐12內生成的氣體排出；加熱模塊15置于殼體11的容置空間內，該加熱模塊15套設在反應罐12外，用于對反應罐12進行加熱。該加熱模塊15包括陶瓷纖維模塊151和澆筑固定在陶瓷纖維模塊151內的加熱絲152，該加熱絲152靠近反應罐12設置且部分露出于陶瓷纖維模塊151，陶瓷纖維模塊151為環狀結構，內部形成筒狀的中空結構，通過該中空結構套設在反應罐12上，且中空結構的內壁處設置加熱絲152。隔熱層17設于殼體11和加熱模塊15之間，起到了隔熱的作用。
[0029]加熱模塊15采用陶瓷纖維和加熱絲152整體澆筑成型，陶瓷纖維采用真空成型工藝制成陶瓷纖維模塊151，在真空成型時，將加熱絲152置于設定的位置，使得澆筑成型后的加熱絲152位于環狀的陶瓷纖維模塊151的內壁處，且加熱絲152有部分露出于陶瓷纖維模塊151的內壁。陶瓷纖維模塊151具有低熱容量、低熱導率、彈性好、抗風蝕性能好、以及優良的熱穩定性和抗熱震性。較佳地，加熱模塊15呈環狀的圓柱形，在加熱模塊15的中部形成了中空結構，加熱絲151位于中空結構處，這樣使得加熱模塊15在加熱時，中空結構處溫度較高，而陶瓷纖維模塊151的熱導率低，所以加熱模塊15的外周溫度不會很高，避免了高溫對殼體11壽命的影響。加熱絲152采用FeCrAl加熱絲，加熱絲152呈螺旋狀的埋設在陶瓷纖維模塊151內，使得加熱絲152單位面積加熱功率高。加熱絲與陶瓷纖維模塊整體澆筑，成型的體積小，減少了安裝空間，使得氨氣裂解爐整體結構更加小巧。較佳地，將氨氣裂解爐制成立式安裝的圓筒形結構，體積小巧，且殼體11的底部設置安裝支腳，通過安裝支腳將氨氣裂解爐放置于氮化爐的殼體上，節省了設備的占地面積。
[0030]在反應罐12和加熱絲151之間留設有空隙16，該空隙16為確保加熱絲151的安全，反應罐12的罐體為耐熱鋼材質，具有導電性，若反應罐12與加熱絲151相接觸，會使得加熱絲151短路而發生損壞。另外，在反應罐12內的氨氣裂解產生氮氣和氫氣，氨氣裂解后體積變大，會引起反應罐12具有一定的變形，該空隙16也為反應罐12的變形提供一定的空間，確保整個裂解爐的安全性。
[0031]隔熱層17設置于殼體11和加熱模塊15之間，該隔熱層17貼設于殼體11的內側面上，隔熱層17為環狀的柱形結構，隔熱層17采用陶瓷纖維毯，具有低熱容量、低熱導率、優良的熱穩定性和抗熱震性，能夠有效的降低爐體蓄熱損失和散熱損失。該隔熱層17放置于殼體11的底板上，在殼體11的底板上放置有隔熱墊18，隔熱墊18為圓形結構，隔熱墊18抵靠于隔熱層17的內壁面。在隔熱墊18的頂部放置有隔熱環19，隔熱環19內部空心結構的直徑小于加熱模塊15內部的中空結構的直徑，加熱模塊15的底端面置于隔熱環19上，該隔熱環19的空心結構的直徑大于反應罐12的直徑，隔熱環19的空心結構為反應罐12的變形提供了變形空間。在殼體11的頂部設有套設在反應罐12上的隔熱環20，該隔熱環20的底部與加熱模塊15的頂部相貼合，隔熱環20的內壁與反應罐12的外壁相貼合。隔熱墊18、隔熱環19和隔熱環20采用與隔熱層17同樣的材質，即陶瓷纖維毯，這樣在殼體11內的四周均設置了隔熱材料，通過隔熱層17、隔熱墊18、隔熱環19和隔熱環20將加熱模塊15包覆起來，防止了加熱模塊15產生的熱量損失，有效降低裂解爐內蓄熱損失和散熱損失，起到了較好的隔熱作用。
[0032]結合圖2和圖3所示，進氣管路13和排氣管路14均設于氨氣裂解爐的頂部，也設于反應罐12的頂部，進氣管路13具有進氣口 131和出氣口 132，排氣管路14具有進氣口 141和出氣口 142，進氣管路13用于向反應罐12內通入反應氣體，排氣管路14用于將反應罐12內生成的氣體排出，將進氣管路13和排氣管路14均設于氨氣裂解爐的頂部，使得氨氣裂解爐的結構簡單，便于安裝。在反應罐12內通入的氣體為氨氣，氨氣裂解成氮氣和氫氣，為加快氨氣裂解速度，提高生產效率，在反應罐12內填充有催化劑26。催化劑26為氨氣裂解專用鎳催化劑，氨氣從反應罐12的上部通入，經過加熱及催化劑催化裂解成氮氣和氫氣，然后從反應罐12底部的排氣管路14排出反應罐12，排氣管路14采用耐熱鋼管。由于氨氣經催化裂解之后體積變大，故將排氣管路14的口徑設計為大于進氣管路13的口徑。反應罐12為柱狀結構，其筒體采用耐熱鋼離心鑄造而成，底部采用耐熱鋼封頭與筒體焊接，反應罐12與殼體11之間采用法蘭固定連接。反應罐12為中空的圓柱型結構，增大了催化面積，在鎳催化作用下氨氣裂解的更充分。
[0033]進氣管路13上安裝有減壓閥、針閥、流量計、氣動角座閥、單向閥以及壓力表，可以精確控制從進氣管路13通入反應氣體的流量。進氣管路13的進氣口 131連接氨氣瓶，減壓閥的作用起到穩壓的作用，使得通入的氨氣壓力恒定。針閥起到微調氨氣通入流量的作用，通過調整針閥的孔徑大小，來實現控制氨氣的流量。氣動角座閥用于控制進氣管路13的連通與封閉，在通電時該氣動角座閥打開，實現通過出氣口 132向反應罐12內通入反應氣體。單向閥用于防止氣體倒灌，即防止反應罐12內的氣體導向從進氣管路13流出。壓力表用于反應進氣管路13的壓力狀態。在進氣管路13的進氣口 132處還設有氮氣吹掃口，氮氣吹掃口位于反應罐12的頂部，氮氣吹掃口以一進氣支路的方式連通于進氣管路13上，該氮氣吹掃口用于確保氨氣裂解爐的安全使用。當正常生產過程中突然停電，為了安全起見，從氮氣吹掃口通入氮氣至反應罐12內，置換反應罐12內的裂解氣氛，使管內殘留的裂解氣氛排出反應罐12外部，通過在排氣管路14的出氣口 142火簾燃燒掉。另外，在使用完成后，也需要進行氮氣吹掃，以置換出反應罐12內殘留的裂解氣。若氨氣裂解爐經長時間閑置后再次從新使用前，也會進行氮氣吹掃，從而提高設備的安全性。
[0034]排氣管路14上裝設有防爆蓋22、冷卻盤管23、以及控制排氣管路的出氣口142開合的氣動角座閥，該氣動角座閥為常閉氣動角座閥，在通電時該常閉氣動角座閥打開，即打開出氣口 142進行排氣，在斷電時該常閉氣動角座閥關閉，即關閉出氣口 142。在排氣管路14上靠近出氣口 142處設有廢氣口，該廢氣口處設置有常開氣動角座閥，即在通電時，該常開氣動角座閥為關閉狀態，即關閉廢氣口，在斷電時，該常開氣動角座閥為打開狀態，即打開廢氣口進行排氣。廢氣口以一排氣支路的形式連通于排氣管路14上，正常情況下，該廢氣口的通路為關閉的。在排氣管路14上裝設有壓力開關21，排氣管路14經過壓力開關21后分成兩個支路，一個支路的端部形成廢氣口，另一支路的端部形成排氣口 142，壓力開關12設有一壓力設定值，當排氣管路14的壓力高于壓力設定值時，壓力開關12將廢氣口支路的常開氣動角座閥打開，以通過廢氣口對反應罐進行泄壓，保護反應罐不至于在高溫下因罐內體積膨脹變形。壓力開關12的設置，能夠在一定程度上解決反應罐內壓力升高的問題，對反應罐起到安全保護作用。
[0035]排氣管路14上裝設的防爆蓋22，用于在反應罐內的壓力異常瞬間升高時，通過打開防爆蓋22進行泄壓，該防爆蓋22的壓力值高于壓力開關21的設定值，低于反應罐損壞的壓力值，能夠有效保護反應罐12。在反應罐內由于誤操作瞬間產生高壓且來不及通過廢氣口泄壓時，該壓力高于防爆蓋22的爆破壓力，就會使得防爆蓋爆破泄壓，從而起到了多重保護反應罐的作用。排氣管路14上裝設的冷卻盤管23用于對排出的氣體進行降溫。
[0036]在殼體11的下部安裝有熱電偶24，熱電偶24伸入殼體11內且頂端靠近反應罐12，該熱電偶24用于感測反應罐12的溫度并將反側的溫度發用至控制單元，該控制單元為PLC，控制單元根據接收的感測溫度控制加熱模塊15的運行。熱電偶24采用一根雙支四芯鎧裝熱電偶，能夠精確感測反應罐12的溫度。
[0037]在殼體11的側部設置有多個接線盒25，該接線盒25與加熱模塊15連接，用于為加熱模塊15供電，控制單元與接線盒25控制連接，用于根據熱電偶24感測的溫度控制接線盒25上供電開關的開合，以實現控制加熱模塊15的運行。接線盒25為加熱模塊15的引出線接線用，在引出線上套上一層耐高溫絕緣陶瓷帽，能夠有效絕緣，避免加熱絲發生短路故障。在反應罐12內的壓力升高達到壓力開關21的設定值時，壓力開關21會傳遞電信號給控制單元，控制單元會發出控制指令給報警器，發出聲光報警。控制單元還控制連接進氣管路12上設置的減壓閥、針閥、流量計、氣動角座閥、單向閥以及壓力表，以實現自動控制氣體進入的流量。
[0038]下面對本發明氨氣裂解爐的工作原理進行說明。
[0039]本發明的氨氣裂解爐結構簡單、體積小巧，在使用時，將氨氣裂解爐直接放置于氮化爐的爐體上，節省占地面積。氨氣裂解爐的進氣管路13連通氨氣瓶，然后將氨氣瓶內的氨氣通過進氣口 131通入至反應罐12內，反應罐12內進入的氨氣經過加熱模塊15的加熱和催化劑26的作用裂解，生成氮氣和氫氣，生成的氮氣和氫氣通過排氣管路14排出反應罐12外，經過排氣管路14的出氣口 142進入到氮化爐內進行滲氮工藝，為氮化爐提供滲氮工藝所需的保護氣氛，并參與調節爐內氮勢。在反應罐12升溫過程中，反應罐12氣體體積膨脹，排氣管路的廢氣口處的常開氣動角座閥打開，通過此路給反應罐12泄壓。反應罐12內壓力升高，在壓力達到壓力開關21的設定壓力值時，會打開常開氣動角座閥連通廢氣口，通過廢氣口泄壓。在壓力突然瞬間升高時，壓力值達到防爆蓋22的壓力值時，該防爆蓋22爆破進行泄壓，不會對反應罐12造成損壞。在通過吹掃口進行氮氣吹掃時，廢氣口也處于連通狀態，將吹掃通入的氣體和反應罐12內殘留的裂解氣體排出，吹掃排出的裂解氣在廢氣口通過火簾燃燒掉。
[0040]氨氣在高溫和鎳催化劑作用下裂解生成氮氣和氫氣，給預抽真空氮化爐提供保護氣氛，同時參與調解氮化爐內的氮勢。當氮化爐內氮勢高時，通入氨氣裂解爐內的氨氣量加大，裂解產生更多的氮氣和氫氣通入氮化爐內，使得氮化爐內氮勢降低。當氮化爐內氮勢低于設定值時，通入氨氣裂解爐的氨氣量降低，同時通入氮化爐的直通氨氣量增大，提高氮勢。氮勢的控制過程通過控制單元實現自動控制。
[0041]以上結合附圖實施例對本發明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上述說明對本發明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節不應構成對本發明的限定，本發明將以所附權利要求書界定的范圍作為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種氨氣裂解爐，其特征在于，包括: 殼體，具有真空焊接的容置空間； 置于所述殼體的容置空間內的反應罐，與所述殼體連接固定； 與所述反應罐連通的進氣管路，所述進氣管路的出氣口位于所述反應罐的頂部，用于向所述反應罐內通入反應氣體； 設于所述反應罐的頂部的排氣管路，所述排氣管路伸入所述反應罐內且所述排氣管路的進氣口位于所述反應罐的底部，用于排出所述反應罐內生成的氣體;以及 置于所述殼體的容置空間內的加熱模塊，套設于所述反應罐上，用于對所述反應罐進行加熱，所述加熱模塊包括陶瓷纖維模塊和澆筑固定于所述陶瓷纖維模塊內的加熱絲，所述加熱絲靠近所述反應罐設置且部分露出于所述陶瓷纖維模塊。2.如權利要求1所述的氨氣裂解爐，其特征在于，所述陶瓷纖維模塊呈環狀，所述加熱絲呈螺旋狀埋設于環狀的所述陶瓷纖維模塊的內壁處。3.如權利要求1或2所述的氨氣裂解爐，其特征在于，所述加熱絲與所述反應罐之間留設有空隙。4.如權利要求1所述的氨氣裂解爐，其特征在于，所述殼體與所述加熱模塊之間設有隔熱層，所述隔熱層為陶瓷纖維毯。5.如權利要求1所述的氨氣裂解爐，其特征在于，所述排氣管路的口徑大于所述進氣管路的口徑。6.如權利要求1或6所述的氨氣裂解爐，其特征在于，所述進氣管路上靠近進氣口處設置有氮氣吹掃口，所述進氣管路上安裝有減壓閥、針閥、流量計、氣動角座閥、單向閥以及壓力表。7.如權利要求1或6所述的氨氣裂解爐，其特征在于，所述排氣管路上靠近出氣口處設置有廢氣口，所述排氣管路上裝設有壓力開關，通過所述壓力開關控制所述廢氣口的連通。8.如權利要求7所述的氨氣裂解爐，其特征在于，所述排氣管路上裝設有防爆蓋、冷卻盤管以及控制排氣管路的出氣口開合的氣動角座閥。9.如權利要求1所述的氨氣裂解爐，其特征在于，所述殼體的下部安裝有熱電偶，所述熱電偶伸入所述殼體內且頂端靠近所述反應罐，用于感測所述反應罐的溫度并將感測的溫度發送至控制單元，所述控制單元根據接收的感測溫度控制所述加熱模塊的運行。10.如權利要求1所述的氨氣裂解爐，其特征在于，所述反應罐內填充有催化劑。
【文檔編號】C01B21/02GK106006577SQ201610334220
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月19日
【發明人】丁禮, 曾愛群
【申請人】上海匯森益發工業爐有限公司