CN101475144B - 氢气回收装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢气回收装置及系统。其中，氢气回收装置包括：冷凝器、集气罐、一次水封和二次水封；所述冷凝器上设有进气口和出气口，所述冷凝器的进气口用于引入回收气体，所述冷凝器的出气口通过管路依次与集气罐、一次水封连接形成处理通路，所述一次水封的出气口通过管路与二次水封的进气口连接，所述二次水封上设有氢气出气口。该氢气回收装置结构简单、设备投入小，运行费用低、占地少，可以在保证氢气质量的前提下，减少相应的设备，方便的利用现有氢气运行系统中的除尘、除氧、除水净化装置、罗茨鼓风机等，来达到对回收氢气有效利用的效果。

Description

氢气回收装置及系统

技术领域

本发明涉及一种氢气回收技术，尤其涉及一种氢气回收装置及氢气回收方法，属于冶金行业还原炉中的氢气回收再利用领域。

背景技术

在冶金行业中，氢气回收装置应用广泛，氢气回收装置是将氢气中的氧、水、氨以及固体颗粒等杂质除掉，以满足氢气回收中对氢气纯度有较高要求的用户，它常连接在冶金行业中对还原炉的出气口上，对排出的氢气进行回收处理后以便还原炉再利用。

现有对还原炉利用氢气回收再利用的氢气运行系统如图1所示，主要由还原炉601、602、除尘、除水、除氧净化装置603、1号罗茨鼓风机604、2号罗茨鼓风机605、氢气汇流排608、氢气回收装置609、连接氢气大罐的1号水封606和2号水封607及氢气大罐等构成。其中，氢气回收装置609的具体结构如图2所示，主要部件包括：淋洗塔103、罗茨鼓风机105、缓冲罐102、冷水机组107、除氧器111、微氧分析仪表117、分子筛吸附罐114、冷凝器113、冷热交换器109、杂质过滤器108、除氧器加热电炉110、分子筛再生电炉115、微水分析仪表116等，实际使用时，氢气回收装置从还原炉601、602回收的氢气进入缓冲罐102，从缓冲罐102出来的氢气进入淋洗塔103，经淋洗塔103洗涤后的氢气进入罗茨鼓风机105加压，加压后的氢气进入冷水机组107降温，降温后的氢气进入杂质过滤器108滤去固体杂质，滤去固体杂质的氢气进入冷热交换器109进行热量交换升温，升温后的氢气进入除氧器加热电炉加热，加热后的氢气进入除氧器除氧，除氧后的氢气进入冷热交换器109降温，降温后的氢气进入冷凝器进一步降温后进入冷水机组降温脱水，脱水后的氢气进入分子筛吸附罐114进一步脱水，净化完毕，净化后的氢气用微氧分析仪117和微水分析仪116检测，并与经过除尘、除水、除氧净化装置603净化后的氢气汇合供还原炉使用。

上述现有技术氢气回收装置609中含有冷水机组、除氧器、微氧分析仪表、分子筛吸附罐、冷凝器、冷热交换器、杂质过滤器、除氧器加热电炉、分子筛再生电炉、微水分析仪表等装置与氢气运行系统中的除尘、除水、除氧净化装置603中的装置重复设置，占地面积大，投资费用高；冷水机组、除氧器、加热电炉长年运行，分子筛吸附罐定期再生，运行成本高；微氧分析仪表、微水分析仪表在线监测，一定流量的氢气流过微氧分析仪表、微水分析仪表后放空，造成不必要的浪费。现有氢气回收装置与氢气运行系统中的罗茨鼓风机105和604、605也是重复设置，占地面积大，投资费用高，运行成本高。现有技术中淋洗塔103、水池104、水泵1041、缓冲罐占地面积大，投资费用高；水泵长年运行，水池中的纯水定期更换，运行成本高。同时由于现有氢气回收装置结构复杂，也存在故障多，维护费用高的问题。

发明内容

基于上述现有技术中存在的问题，本发明实施方式提供一种氢气回收装置及系统，在保证氢气质量的前提下，有效利用现有氢气运行系统中的相应设备，降低氢气回收装置的投资费用和运行成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种氢气回收装置，该装置包括：

冷凝器、集气罐、一次水封和二次水封；所述冷凝器上设有进气口和出气口，所述冷凝器的进气口用于引入回收气体，所述冷凝器的出气口通过管路依次与集气罐、一次水封连接形成处理通路，所述一次水封的出气口通过管路与二次水封的进气口连接，所述二次水封上设有氢气出气口。

所述冷凝器、集气罐和一次水封均为多个连接形成多条处理通路，其中，每条处理通路是由一个冷凝器对应连接一个集气罐和一个一次水封而成。

所述装置进一步包括：多条处理通路的各个出气口均通过管路连接汇合连接至二次水封的进气口。

所述装置还包括：氢气流量计，该氢气流量计的进气口与二次水封的氢气出气口连接，氢气流量计的出气口作为氢气出气口

所述在二次水封与氢气流量计之间的连接管上设有监测放空阀。

所述一次水封上设有放空阀。

所述冷凝器为内管和外管组成的套管式结构，内管上设有进气口和出气口，外管上设有进水口和出水口。

所述集气罐为带有水套的罐状容器，罐状容器上设有进水阀和出水阀，水套上设有循环水进水口和循环水出水口，罐状容器上设有进气口和出气口。

所述一次水封为桶装容器，其上设有液位指示器，其上设有进气口和出气口，还设有自来水进水阀和放水阀。

本发明实施方式还提供一种基于上述任一项所述氢气回收装置的系统，该系统包括：除尘、除氧、除水净化装置、罗茨鼓风机、氢气汇流排、氢气供应源和氢气罐水封；所述氢气供应源的供气口通过管路经氢气罐水封、氢气汇流排依次与罗茨鼓风机、除尘、除氧、除水净化装置连接，所述除尘、除氧、除水净化装置的出气口作为氢气供气口，还包括：氢气回收装置，所述氢气回收装置的进气口用于引入回收气体，氢气回收装置的氢气出气口与所述氢气汇流排的进气口连接。

由上述本发明实施方式提供的技术方案可以看出，本发明实施方式通过将冷凝器、集气罐、一次水封和二次水封有机结合，代替现有氢气回收装置中的淋洗塔、水池、水泵、缓冲罐，对回收的氢气进行预处理。该装置结构简单、设备投入小，运行费用低、占地少，可以在保证氢气质量的前提下，方便的利用现有氢气运行系统中的除尘、除氧、除水净化装置、罗茨鼓风机等，减少了除尘、除氧、除水装置、罗茨鼓风机的重复设备，达到对回收氢气有效利用的效果。

附图说明

图1为现有技术提供的氢气系统运行系统各部分连接示意图；

图2为现有技术提供的使用在氢气运行系统中的氢气回收装置示意图；

图3为本发明实施例的氢气回收装置结构示意图；

图4为本发明实施例的氢气回收装置的冷凝器剖视结构示意图；

图5为本发明实施例的氢气回收装置的集气罐剖视结构示意图；

图6为本发明实施例的氢气回收装置的水封剖视结构示意图；

图7为本发明实施例的氢气回收系统各部分连接示意图；

图1中：601、602-还原炉；603、除尘、除水、除氧净化装置；604、1号罗茨鼓风机；605、2号罗茨鼓风机；608、氢气汇流排；609、氢气回收装置；606、连接氢气大罐的1号水封；607、连接氢气大罐的2号水封；

图2中：601、602-还原炉；102、缓冲罐；1021、第一进水阀；1022、第一出水阀；103、淋洗塔；1031、液位计；1032、第二进水阀；1033、第二出水阀；104、水池；1041、水泵；105、罗茨鼓风机；106、压力表；107、冷水机组；1071、第三放水阀；108、杂质过滤器；109、冷热交换器；110、除氧器加热电炉；111、除氧器；112、冷水机组；1121、第四放水阀；113、冷凝器；1131、第一出水口；1132、第一进水口；114、分子筛吸附罐；115、分子筛再生电炉；116、微水分析仪；117、微氧分析仪；118、除氧除水净化装置；

图3中：2、201、冷凝器；3、301、集气罐；4、401、一次水封；5、二次水封；A、A1、进气口；B、氢气出气口；6、监测放空阀；7、氢气流量计；B1、氢气流量计的出气口；

图4中：3001、内管；3002、外管；；

图5中：4001、罐状容器；4002、水套；

图6中：5001、液位指示器；

图7中：2、201-冷凝器；3、301-集气罐；4、401-一次水封；5、二次水封；A、A1-进气口；B、氢气出气口；6、监测放空阀；7、氢气流量计；B1、氢气流量计的出气口；8、氢气汇流排；9、第1号罗茨鼓风机；901、第2号罗茨鼓风机；11、除尘、除水、除氧净化装置；10、第一氢气罐水封；1001、第二氢气罐水封。

具体实施方式

本发明实施方式提供一种氢气回收装置及系统，可以用在冶金行业对还原炉中的氢气回收再利用，该装置具体包括：

冷凝器、集气罐、一次水封和二次水封；所述冷凝器上设有进气口和出气口，所述冷凝器的进气口用于引入回收的氢气，所述冷凝器的出气口通过管路与集气罐、一次水封连接形成处理通路，一次水封的出气口再与二次水封连接，即冷凝器的出气口通过管路与集气罐的进气口连接，集气罐的出气口通过管路与一次水封的进气口连接，一次水封的出气口通过管路与二次水封的进气口连接，二次水封上设有氢气出气口，用于排出回收并处理后的氢气。

该装置结构简单，设备投入少、占地小，可以保证回收氢气的质量，可与现有的氢气运行系统中的各设备配合使用(如：除尘、除氧、除水净化装置、罗茨鼓风机等)，作为冶金行业还原炉的氢气回用与循环利用设备。

为便于理解，下面结合附图和具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。

实施例一

本实施例提供一种氢气回收装置，该装置可用在冶金行业中，对还原炉中的氢气回收再利用，如图3所示，该装置具体包括：

冷凝器2、201、集气罐3、301、一次水封4、401和二次水封5；其中，冷凝器2、201上设有进气口A、A1和出气口，其中，进气口A、A1用于引入回收氢气气体，实际应用时，该进气口A、A1可通过管路与还原炉的出气口连接，冷凝器2、201的出气口通过管路与集气罐3、301的进气口连接，集气罐3、301的出气口通过管路与一次水封4、401的进气口连接，使冷凝器、集气罐和一次水封依次连接形成回收氢气的处理通路，一次水封4、401的出气口再通过管路与二次水封5的进气口连接，二次水封5上设有氢气出气口B，用于排出处理后的氢气。其中，冷凝器、集气罐、一次水封和二次水封上均设有冲洗阀，用于定时通过冲洗阀对它们进行清洗。

上述装置中的冷凝器、集气罐和一次水封在实际应用中，可以根据所对应处理的还原炉数量设置为多个形成多条处理通路，每条处理通路由一个冷凝器与一个集气罐、一个一次水封顺次连接而成，一条处理通路与一个还原炉的出气口连接，完成对该还原炉排出氢气的回收处理，形成一条处理通路与一个还原炉一一对应的方式。

在上述具有多个冷凝器、集气罐和一次水封组成多条处理通路的装置中，各条通路可以共用一个二次水封，即多个冷凝器、集气罐、一次水封连接形成的多条处理通路的各个出气口均通过管路连接汇合连接至二次水封5的进气口，具体见图3。

在上述装置的基础上，还可以在二次水封5后面连接设置氢气流量计7，该氢气流量计7的进气口与二次水封5的氢气出气口B连接，氢气流量计7的出气口B1作为氢气出气口，用于监测回收利用的氢气流量，并在氢气流量计7与二次水封5之间的管路上设置监测放空阀6，用铜氨溶液定期检测回收氢气的含氧量，一旦超标，则可以通过监测放空阀6放空氢气。

上述装置中的冷凝器具体是由内管3001和外管3002之间形成的套管式结构，外管3002包围在内管3001的外面，内管3001上设有进气口和出气口，用于走回收的氢气，外管3002上设有进水口和出水口，外管与内管两管壁间走循环水，用循环水将内管中经过的回收氢气的热量带走，给回收氢气降温，使回收氢气中的水析出。冷凝器的具体结构示意如图4所示。

上述装置中的集气罐为带有水套4002的罐状容器4001(一般称为大罐)，罐状容器4001上设有进水阀和出水阀，水套4002上设有循环水进水口和循环水出水口，罐状容器4001上设有进气口和出气口；水套4002中通循环水，进一步降低回收罐状容器中氢气的温度，罐状容器4001上的进水阀和出水阀，用于冲洗罐状容器及将回收氢气中析出的水放出；罐状容器4001的作用是收集回收气中的粉尘；缓冲保证氢气压力稳定；收集回收氢气中析出的水。罐状容器要定期冲洗，冲出罐中的粉尘和回收氢气中析出的水，集气罐的具体结构如图5所示。

上述装置中的一次水封为桶装容器，其上设有液位指示器5001，桶装容器上设有进气口和出气口，还设有引入或放出自来水的进水阀和放水阀；实际中，一次水封是一个带的液位指示的高1.2米、直径1米的大桶，其作用为：调整水封中的液位控制气体压力、防止气体倒流、通过水洗降温、过滤回收气中的杂质。水封中的水要定期更换。一次水封的具体结构示意如图6所示，一次水封上还设有放空阀。

实际使用中，上述氢气回收装置的进气口(冷凝器的进气口)与还原炉的出气口连接，使还原炉排出的可回收氢气进入冷凝器进行冷凝降温，气体中水蒸气冷凝为水与氢气一同流入集气罐，冷凝水和粉尘留在集气罐中，集气罐排出的氢气依次进入一次水封和二次水封，在一次水封和二次水封中去除氢气中的固体杂质和能被水吸收的气体杂质，二次水封排出的氢气即作为回用氢气；其中，一次水封的水位控制在高出进气管口90～110mm，二次水封的水位控制在高出进气管口140～160mm；通过清洗阀定时冲洗集气罐、一次水封和二次水封。

实施例二

本实施例提供一种基于上述实施例一中氢气回收装置的回收系统，实现对冶金行业中的还原炉的氢气回收再利用，该系统如图7所示，包括：除尘、除氧、除水净化装置11、罗茨鼓风机9、901、氢气汇流排8、氢气罐和氢气罐水封10、1001；所述氢气罐的供气口通过管路经氢气罐水封10、1001、氢气汇流排8依次与罗茨鼓风机(第1号罗茨鼓风机9和第2号罗茨鼓风机901)、除尘、除氧、除水净化装置8连接，所述除尘、除氧、除水净化装置8上设有氢气供气口、这部分的各部件，可以利用现有为还原炉提供氢气的氢气运行系统中的设备，在这些设备的基础上，再增设实施例一中给出的氢气回收装置，将氢气回收装置的进气口(冷凝器2、201的进气口)与还原炉1、1010的出气口连接，用于引入还原炉排出的氢气气体，氢气回收装置的氢气出气口(二次水封5的氢气出气口或氢气流量计时，氢气流量计的氢气出气口)与所述氢气汇流排8的进气口连接，使氢气回收装置回收的氢气与氢气罐回收的氢气汇合，以便回流到还原炉中使用。

下面结合图7所示的系统，对从还原炉排出气体中进行氢气回收再利用的过程作进一步说明：

该系统以对回收氢气进行预处理的方式，再结合现有氢气运行系统中的设备进行氢气回收利用，其中，还原炉1或还原炉1010排出的可回收氢气首先进入冷凝器2或冷凝器201，回收氢气在冷凝器2或冷凝器201中冷凝后温度降低，部分水蒸气变成水和氢气一同流入集气罐3或集气罐301，冷凝水和粉尘留在集气罐3或集气罐301中，集气罐3或集气罐301出来的气体进入还原炉旁的一次水封4或一次水封401，集气罐3或集气罐301可通过其上的冲洗阀定时冲洗，将冷凝水和粉尘冲出，进入一次水封4或一次水封401的气体，在一次水封4或一次水封401中去除氢气中的固体杂质和可被水吸收的气体杂质，一次水封4或一次水封401的水位控制在高出进气管口100mm左右，也要通过其上的冲洗阀定时冲洗。一次水封4或一次水封401出来的氢气通过管路连接汇合后进入二次水封5(实际中，二次水封5可设在工厂的氢氧站处)，在二次水封5中进一步去除氢气中的固体杂质和可被水吸收的气体杂质，二次水封5的水位控制在高出进气管口150mm左右，通过其上的冲洗阀每三小时冲洗一次，从二次水封5出来的氢气经氢气流量计7进入罗茨鼓风机9、901前的氢气汇流排8，与作为氢气供应源的电解槽产生的氢气(实际中，电解槽产生的氢气可贮存工厂的氢气大罐中，一般为区分方便常将这些大罐编号，如称为1号大罐、2号大罐等)经1号大罐水封10、2号大罐水封1001后一同被加压后进入系统的除尘、除氧、除水净化装置11，净化后的氢气再送往车间的还原炉1、1010中使用。

实际中，可以在每个集气罐后，一次水封前安装放空阀，用于开停还原炉时吹扫管道；也可以在氢气流量计7前安装监测放空阀6，用铜氨溶液定期检测回收氢气的含氧量，一旦超标，则可以从监测放空阀6放空。

在没有加氢气回收装置前，氢气运行系统的罗茨鼓风机的输出压力为500mm水柱，加装氢气回收装置后，由于回收气经过两级水封，克服两级水封需增加250mm水柱的压力，氢气汇流排的压力等于1号大罐和2号大罐水封出气的压力，为220mm水柱，为保证还原炉进气口、出气口压力之差为500mm水柱，需将罗茨鼓风机的输出压力调整到970mm水柱，实际中，通过调整罗茨鼓风机上的旁通阀门即可将罗茨鼓风机的压力从500mm水柱调到970mm水柱。

综上所述，本发明实施例中通过将冷凝器、集气罐、一次水封和二次水封的有机结合，完成对回收还原炉的氢气进行预处理，去除回收氢气中的固体或气体杂质，在保证回收氢气质量的前提下，与现有氢气运行系统的设备配合，实现对还原炉的提出氢气的有效回收、再利用。该氢气回收装置具有结构简单、设备投资少，占地小，运行费用低，维护方便的优点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种氢气回收装置，其特征在于，该装置包括：

冷凝器、集气罐、一次水封和二次水封；所述冷凝器上设有进气口和出气口，所述冷凝器的进气口用于引入回收气体，所述冷凝器的出气口通过管路依次与集气罐、一次水封连接形成处理通路，所述一次水封的出气口通过管路与二次水封的进气口连接，所述二次水封上设有氢气出气口；

其中，所述集气罐为带有水套的罐状容器，罐状容器上设有进水阀和出水阀，水套上设有循环水进水口和循环水出水口，罐状容器上设有进气口和出气口；

所述一次水封为桶装容器，其上设有液位指示器，其上设有进气口和出气口，还设有自来水进水阀和放水阀。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷凝器、集气罐和一次水封均为多个连接形成多条处理通路，其中，每条处理通路是由一个冷凝器对应连接一个集气罐和一个一次水封而成。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：多条处理通路的各个出气口均通过管路连接汇合连接至二次水封的进气口。

4.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：氢气流量计，该氢气流量计的进气口与二次水封的氢气出气口连接，氢气流量计的出气口作为氢气出气口。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述在二次水封与氢气流量计之间的连接管上设有监测放空阀。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述一次水封上设有放空阀。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，所述冷凝器为内管和外管组成的套管式结构，内管上设有进气口和出气口，外管上设有进水口和出水口。

8.一种基于权利要求1～7中任一项所述氢气回收装置的系统，该系统包括：除尘、除氧、除水净化装置、罗茨鼓风机、氢气汇流排、氢气供应源和氢气罐水封；所述氢气供应源的供气口通过管路经氢气罐水封、氢气汇流排依次与罗茨鼓风机、除尘、除氧、除水净化装置连接，所述除尘、除氧、除水净化装置的出气口作为氢气供气口，其特征在于，还包括：氢气回收装置，所述氢气回收装置的进气口用于引入回收气体，氢气回收装置的氢气出气口与所述氢气汇流排的进气口连接。

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