CN112516762A - 一种变功率制氢的纯化系统及其控制方法 - Google Patents

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hydrogen
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张艳
王建
刘永浩
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Abstract

本发明提供一种变功率制氢的纯化系统及其控制方法，该纯化系统的干燥模块包括：N个干燥单元，N为大于1的整数；对于同一干燥模块，各个干燥单元第一侧的气体端口分别通过相应的阀门相连，各个干燥单元第二侧的气体端口分别通过相应的阀门相连；各个干燥模块第一侧的总气体端口均与产品氢气管道相连，以使同一阶段内，至少存在三个干燥模块分别处于再生模式、工作模式和次工作模式；从而使变功率制氢的纯化系统中接收到的再生气流、工作气流和次工作气流均可调节，即可满足制氢系统处于满功率负载情况；也可满足制氢系统处于低功率负载情况，进而延长变功率制氢的纯化系统的使用寿命。

Description

一种变功率制氢的纯化系统及其控制方法
技术领域
本发明属于制氢技术领域，更具体的说，尤其涉及一种变功率制氢的纯化系统及其控制方法。
背景技术
现有的电解水纯化系统包含三台干燥塔，在一个循环周期内，如24小时内，每台干燥塔都依次经历工作、次工作、再生状态，从而实现电解水纯化系统工作的连续性。整套纯化系统在一个循环周期内存在以下三种工作状态：
工作时间 干燥塔A 干燥塔B 干燥塔C
8h 工作 再生 次工作
8h 次工作 工作 再生
8h 再生 次工作 工作
以干燥塔A处于工作阶段为例，参见图1：脱氧后的原料氢气进入干燥塔A进行全气量去湿，产出的高纯产品氢气，按预设比例分配，其中一部分进入干燥塔B，带走干燥塔B在上一周期所吸附的水分，其再生的废氢气进入冷却器冷却后，经过分离器进行气液分离，然后进入干燥塔C完成去湿吸附成为高纯产品氢气，再与干燥塔A先前产生的高纯产品氢气合并进入后续设备；另外两个阶段情况类似。
然而，干燥塔的再生需要足够的再生气流将分子筛中的水分带出，即需要充足的氢气量。而干燥塔需要的再生气流是固定的，因此，该干燥塔面对电解槽处于高负载情况下运行的情况和电解槽处于高负载情况下运行的情况，仅能满足其中一种，因此，可能会造成干燥塔的再生不完全，从而影响下一阶段工作状态下的高纯产品氢气的质量，或者，氢能源浪费的问题。尤其目前风光离网变功率制氢，更是需要亟待解决此问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种变功率制氢的纯化系统及其控制方法，用于实现变功率制氢的纯化系统对再生气流需求、工作气流和次工作气流均可调节，既能提高高纯产品氢气的质量，又能充分利用氢能源。
本发明第一方面公开了一种变功率制氢的纯化系统，包括：至少三个干燥模块；其中：
所述干燥模块包括：N个干燥单元，N为大于1的整数；
对于同一所述干燥模块，各个所述干燥单元第一侧的气体端口分别通过相应的阀门相连，各个所述干燥单元第二侧的气体端口分别通过相
应的阀门相连；
各个所述干燥模块第一侧的总气体端口均与产品氢气管道相连，以使同一阶段内，至少存在三个所述干燥模块分别处于再生模式、工作模式和次工作模式。
可选的，每个所述干燥单元的氢气需求量小于预设量。
可选的，N＝3。
可选的，各个所述干燥单元分别为预设容量的干燥塔。
可选的，各个所述干燥单元分别为干燥塔中预设容量的一部分。
可选的，存在至少一个所述干燥模块第二侧的总气体端口接收脱氧后的原料氢气；
任意两个所述未直接接收所述原料氢气的干燥模块第二侧的总气体端口相连。
可选的，所述干燥模块还包括：冷却分离单元；
所述干燥模块内，各个所述干燥单元第二侧的气体端口分别通过相应的阀门相连后，共同通过所述冷却分离单元与所述干燥模块第二侧的总气体端口相连。
可选的，所述阀门为气动球阀。
可选的，同一所述干燥模块中各个所述干燥单元第一侧的气体端口分别通过各自对应的气动球阀连接，连接点作为相应所述干燥模块第一侧的总气体端口；
同一所述干燥模块中各个所述干燥单元第二侧的气体端口分别通过各自对应的气动球阀连接，连接点与所述冷却分离单元相连。
可选的，同一所述干燥模块中各个所述气动球阀受控动作后，所述干燥模块的工作状态为：
N个所述干燥单元并联执行同一动作；或者，
任一个所述干燥单元独立执行相应动作；又或者，
任X个所述干燥单元并联执行同一动作，X为大于1且小于N的整数。
可选的，所述阀门为气动N+1通阀。
可选的，同一所述干燥模块中各个所述干燥单元第一侧的气体端口分别与第一气动N+1通阀的一个接口相连，所述第一气动N+1通阀的另一个接口作为相应所述干燥模块第一侧的总气体端口；
同一所述干燥模块中各个所述干燥单元第二侧的气体端口分别与第二气动N+1通阀的一个接口相连，所述第二气动N+1通阀的另一个接口与同一所述干燥模块中所述冷却分离单元连接。
可选的，同一干燥模块中，各个所述干燥单元还通过其至少一侧的气体端口处设置的气动球阀实现首尾相连。
可选的，同一所述干燥模块中各个所述气动N+1通阀和各个所述气动球阀受控动作后，所述干燥模块的工作状态为：
N个所述干燥单元并联执行同一动作；或者，
任一个所述干燥单元独立执行相应动作；又或者，
N个所述干燥单元串联执行同一动作；又或者，
至少两个所述干燥单元串联执行同一动作，其他所述干燥单元关闭；又或者，
P个所述干燥单元串联连接后，与另外的N-P个所述干燥单元并联连接，N个所述干燥单元共同执行同一动作，P为大于1且小于N的正整数。
可选的，在N-P大于1时，与P个所述干燥单元的串联支路并联连接的N-P个所述干燥单元中采用并联执行同一动作，和/或，采用串联执行同一动作。
可选的，所述冷却分离单元包括：分离器和冷却器；
同一所述干燥模块中各个所述干燥单元第二侧的气体端口通过相应的阀门之后，依次通过所述冷却器和所述分离器与所述干燥模块第二侧的总气体端口相连。
本发明第二方面公开了一种变功率制氢的纯化系统的控制方法，应用于本发明第一方面任一项所述的纯化系统，该控制方法包括：
判断所述纯化系统所接收的产氢量是否大于等于预设满功率产氢量；
若所述产氢量大于等于预设满功率产氢量，则控制所述纯化系统中处于再生模式的各个干燥单元形成N个所述再生通路，以最大接收量接收氢气；N为大于1的整数；
若所述产氢量小于预设满功率产氢量，则控制所述纯化系统中处于再生模式的各个所述干燥单元形成M个所述再生通路；M为小于N的正整数。
可选的，每个所述再生通路的氢气需求量小于预设量。
可选的，控制所述纯化系统中处于再生模式的各个所述干燥单元形成M个所述再生通路，包括以下任意一种：
控制所述纯化系统中，N个处于再生模式的所述干燥单元依次串联连接后执行再生动作，以形成一个所述再生通路；
控制所述纯化系统中，M个处于再生模式的所述干燥单元并联连接后同时执行再生动作，且其他N-M个处于再生模式的干燥单元关闭，以形成M个所述再生通路；
控制所述纯化系统中，至少存在两个处于再生模式的所述干燥单元串联连接后，再与另外至少一个处于再生模式的所述干燥单元并联连接，共同执行再生动作，以形成M个所述再生通路；
控制所述纯化系统中，至少存在两个处于再生模式的干燥单元串联连接后，执行再生动作，其他处于再生模式的干燥单元关闭，以形成一个再生通路。
可选的，控制所述纯化系统中处于再生模式的各个干燥单元形成N个所述再生通路，包括：
控制所述纯化系统中N个处于再生模式的所述干燥单元并联连接后同时执行再生动作。
可选的，M为根据每个所述再生通路的氢气需求量对所述产氢量进行分配后得到的通路数量。
可选的，控制所述纯化系统中处于再生模式的各个干燥单元形成N个所述再生通路，以最大接收量接收氢气的同时，还包括：
控制所述纯化系统中处于工作模式的各个干燥单元形成N个所述工作通路，处于次工作模式的各个干燥单元形成N个所述次工作通路。
可选的，控制所述纯化系统中处于再生模式的各个所述干燥单元形成M个所述再生通路的同时，还包括：
控制所述纯化系统中处于工作模式的各个干燥单元形成M个所述工作通路，处于次工作模式的各个干燥单元形成M个所述次工作通路。
从上述技术方案可知，本发明提供的一种变功率制氢的纯化系统，包括：至少三个干燥模块；干燥模块包括：N个干燥单元，N为大于1的整数；对于同一干燥模块，各个干燥单元第一侧的气体端口分别通过相应的阀门相连，各个干燥单元第二侧的气体端口分别通过相应的阀门相连；各个干燥模块第一侧的总气体端口均与产品氢气管道相连，以使同一阶段内，至少存在三个干燥模块分别处于再生模式、工作模式和次工作模式；从而使变功率制氢的纯化系统中接收到的再生气流、工作气流和次工作气流均可调节，即可满足制氢系统处于满功率负载情况时，高纯产品氢气的质量以及充分利用氢能源的需求；也可满足制氢系统处于低功率负载时，高纯产品氢气的质量需求，进而延长变功率制氢的纯化系统的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的电解水纯化系统的示意图；
图2是本发明实施例提供的一种变功率制氢的纯化系统的示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种变功率制氢的纯化系统的示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种变功率制氢的纯化系统的示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种变功率制氢的纯化系统的示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种变功率制氢的纯化系统的示意图；
图7是本发明实施例提供的另一种变功率制氢的纯化系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明提供一种变功率制氢的纯化系统，用于解决现有技术中干燥塔面对电解槽处于高负载情况下运行的情况和电解槽处于低负载情况下运行的情况，仅能满足其中一种；因此，可能会造成干燥塔的再生不完全，从而影响下一阶段工作状态下的高纯产品氢气的质量，或者，氢能源浪费的问题。
参见图2-图6，该变功率制氢的纯化系统，包括：至少三个干燥模块(图2-图6均以三个干燥模块为例进行展示)；其中：
该干燥模块包括：N个干燥单元，N为大于1的整数；也即，同一干燥模块内可有多个干燥单元，图2-图6均以N＝3为例进行展示，比如图2-图6中最左侧干燥模块所示的干燥塔A1、干燥塔A2和干燥塔A3。
对于同一干燥模块，各个干燥单元第一侧的气体端口分别通过相应的阀门相连，各个干燥单元第二侧的气体端口分别通过相应的阀门相连。
具体的，可以通过控制相应的阀门来控制相应干燥单元中是否有氢气流通，也即控制相应干燥模块的氢气接收量。
各个干燥模块第一侧的总气体端口均与产品氢气管道(如图2-图6所示的输送产品氢气的管道)相连，以使同一阶段内，至少存在三个干燥模块分别处于再生模式、工作模式和次工作模式。
一般情况下，每个干燥模块都依次经历工作模式、次工作模式、再生模式，从而实现电解水纯化系统工作的连续性，各个干燥模块分别处于各个模式的时长，在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
需要说明的是，处于工作模式的干燥模块第二侧的总气体端口需要接收脱氧后的原料氢气并进行全气量去湿，产出的高纯产品氢气，由处于工作模式的干燥模块第一侧的总气体端口将该高纯产品氢气输出至产品氢气管道。
处于再生工作模式的干燥模块第一侧的总气体端口接收该产品氢气管道上预设比例的高纯产品氢气，该高纯产品氢气带走处于再生工作模式的干燥模块在上一周期所吸附的水分，处于再生工作模式的干燥模块再生动作产生的废氢气，通过自身第二侧的总气体端口输出至相应处于次工作模式的干燥模块第二侧的总气体端口。
处于次工作模式的干燥模块第二侧的总气体端口，接收相应的废氢气，并对该废氢气进行去湿吸附得到高纯产品氢气，再将该高纯产品氢气输出至产品氢气管道。
该产品氢气管道内的高纯产品氢气进入后续设备，以供相应设备使用。
在本实施例中，通过设置N个干燥单元，以使变功率制氢的纯化系统中接收到的再生气流、工作气流和次工作气流均可调节，即可满足制氢系统处于满功率负载情况时，高纯产品氢气的质量以及充分利用氢能源的需求；也可满足制氢系统处于低功率负载时，高纯产品氢气的质量需求，进而延长变功率制氢的纯化系统的使用寿命。
值得说明的是，干燥模块在工作模式下对原料氢气进行干燥，利用分子筛吸附，当吸附饱和后，必需经过再生才能进行下一次吸附。因此，纯化过程中干燥塔的再生过程尤为重要，再生是否完全彻底，直接关系到下一个阶段的工作模式下高纯产品氢气的纯化质量。而具体的再生过程为，再生气流先进入干燥内筒，经电加热器加热后，到达容器底部，再由下至上流经吸附剂床层，吸附剂床层逐渐升温，吸附在分子筛上的水分逐渐解吸，随再生气流流出干燥塔；当再生气流温度达到联锁值后，电加热器停止加热，气流继续按原路流过干燥塔，使吸附剂床层降温，直至状态切换。一般情况下再生加热的时间控制在3～4h，整个再生时间共计8h。
而现有技术中，仅有一个干燥单元执行相应动作的，其接收量不可调节，且其适应的接收量较大；在当制氢系统的产氢量较小时，导致容器和电加热器损坏，同时容易造成干燥塔的再生不完全，从而影响下一阶段工作状态下高纯产品氢气质量的问题。
因此，可以设置上述每个干燥单元的氢气需求量小于预设量，以通过控制相应干燥单元的打开，能够满足不同情况下，干燥模块的氢气需求量与制氢系统的产氢量匹配，避免造成不必要的浪费，或者影响高纯产品氢气的质量，以及，容器和电加热器的损坏的问题。
在实际应用中，可以通过各个干燥单元分别为预设容量的干燥塔，来实现每个干燥单元的氢气需求量小于预设量。各个干燥塔的容量可以相同；也可以不同，在此不做具体限定，只要保证干燥模块能够与不同情况下执制氢系统的产氢量匹配即可，均在本申请的保护范围内。
也可以通过各个干燥单元分别为干燥塔中预设容量的一部分，来实现每个干燥单元的氢气需求量小于预设量；如将干燥塔容量均分为N份，然后每一份作为一个干燥单元；当然也可以是其他分配方式，在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
在上述实施例中，存在至少一个干燥模块第二侧的总气体端口接收脱氧后的原料氢气；而该接收脱氧后的原料氢气的干燥模块处于工作模式。也即，处于工作模式的各个干燥模块的第二侧的气体端口均接收原料氢气，然后，通过自身第一侧的气体端口，向氢气产品管道输出高纯产品氢气。
任意两个未直接接收原料氢气的干燥模块第二侧的总气体端口相连；也即，未直接接收原料氢气的干燥模块处于再生模式或次工作模式，处于再生模式的干燥模块第二侧的总气体端口与处于次工作模式的干燥模块第二侧的总气体端口相连。具体的，处于再生模式的干燥模块第一侧的总气体端口，通过氢气产品输出管道接收高纯产品氢气，进行再生处理，然后通过自身第二侧的总气体端口输出废氢气至处于次工作模式的干燥模块的第二侧的总气体端口。需要说明的是，在处于再生模式的干燥模块的个数大于1时，各个处于再生模式的干燥模块第二侧的总气体端口，可以通过共同的气体管道与相应的处于次工作模式的干燥模块相连；此时，各个处于再生模式的干燥模块的废氢气汇总之后，再输出至相应的处于次工作模式的干燥模块；各个处于再生模式的干燥模块第二侧的总气体端口，也可以通过各自对应的气体管道与相应的处于次工作模式的干燥模块相连；此时，各个处于再生模式的干燥模块，分别通过各自对应的气体管道将自身产生的废氢气，输出至相应的处于次工作模式的干燥模块。
处于工作模式的干燥模块、处于再生模式的干燥模块和处于次工作模式的干燥模块的数量可以相等，也可以不相等；但为了避免存在气体不匹配的问题，优选各处于工作模式的干燥模块、处于再生模式的干燥模块和处于次工作模式的干燥模块的数量相等。
具体的，以图2所示的结构，也即纯化系统包括三个干燥模块且N＝3，为例进行说明：
第一个干燥模块(包括如图2所示干燥塔A1、干燥塔A2和干燥塔A3、对应的冷却器和分离器)，处于工作模式；第二个干燥模块(包括如图2所示干燥塔B1、干燥塔B2和干燥塔B3、对应的冷却器和分离器)，处于再生模式；第三个干燥模块(包括如图2所示干燥塔C1、干燥塔C2和干燥塔C3、对应的冷却器和分离器)，处于次工作模式。
第一个干燥模块第一侧的总气体端口、第二个干燥模块第一侧的总气体端口，以及，第三个干燥模块第一侧的总气体端口均与产品氢气管道相连。
第一个干燥模块第二侧的总气体端口接收脱氧后的原料氢气。
第二个干燥模块第二侧的总气体端口与第三个干燥模块第二侧的总气体端口相连。
在上述任一实施例中，干燥模块还包括：冷却分离单元(包括如图2-图6所示的分离器和冷却器)。
干燥模块内，各个干燥单元第二侧的气体端口分别通过相应的阀门相连后，共同通过冷却分离单元与干燥模块第二侧的总气体端口相连。
也即，各个干燥单元的气体可以汇总之后输出至冷却分离单元；或者，冷却分离单元的气体分别输出至各个干燥单元。
在实际应用中，该冷却分离单元包括：分离器和冷却器。
同一干燥模块中各个干燥单元第二侧的气体端口通过相应的阀门之后，依次通过冷却器和分离器与干燥模块第二侧的总气体端口相连。
具体的，同一干燥模块中各个干燥单元第二侧的气体端口通过相应的阀门之后，与冷却器的第一气体端口相连；冷却器的第二气体端口与分离器的第一气体端口相连，分离器的第二气体端口与干燥模块第二侧的总气体端口相连。
该阀门可以有多种选择，下面分别对两种选择进行说明：
(1)阀门为气动球阀。
该气动球阀为两通阀门，也即该气动球阀仅有两个接口。
同一干燥模块中各个干燥单元第一侧的气体端口分别通过各自对应的气动球阀连接，连接点作为相应干燥模块第一侧的总气体端口；具体的，各个气动球阀的第一接口分别与一个干燥单元第一侧的气体端口相连；各个气动球阀的第二接口相连，连接点作为相应干燥模块第一侧的总气体端口。
同一干燥模块中各个干燥单元第二侧的气体端口分别通过各自对应的气动球阀连接，连接点与冷却分离单元相连；具体的，各个气动球阀的第一接口分别与一个干燥单元第二侧的气体端口相连；各个气动球阀的第二接口相连，连接点与冷却分离单元相连。
同一干燥模块中各个气动球阀受控动作后，干燥模块的工作状态为以下任意一种：
1、N个干燥单元并联执行同一动作；也即N个干燥单元并联连接且均打开执行同一动作。如图2所示，其示出了N个干燥单元并联执行同一动作时，该纯化系统中的气体流向；具体的，以处于再生模式的干燥模块为例，N个干燥单元，也即干燥塔B1、干燥塔B2和干燥塔B3；气体流向有三条，例如分别为：产品氢气管道—干燥塔B1—冷却器—分离器；产品氢气管道—干燥塔B2—冷却器—分离器；产品氢气管道—干燥塔B3—冷却器—分离器。其他干燥模块同理，此处不再赘述。
2、任一个干燥单元独立执行相应动作；也即，仅1个干燥单元打开执行相应动作，其他的干燥单元均关闭。如图3所示，其示出了任一个干燥单元独立执行相应动作时，该纯化系统中的气体流向；具体的，以处于再生模式的干燥模块为例，任一个干燥单元，如干燥塔B1内，有高纯产品氢气流通，其他干燥单元，如干燥塔B2和干燥塔B3内，均无高纯产品氢气流通；也就是说，气体流向仅有一条，例如：产品氢气管道—干燥塔B1—冷却器—分离器。其他干燥模块同理，此处不再赘述。
3、任X个干燥单元并联执行同一动作，X为大于1且小于N的整数，比如N＝3时，X＝2。也即X个干燥单元并联连接且均打开执行同一动作，其内有气体流通，另外N-X干燥单元关闭，也即其内无气体流通(未进行图示)。其他干燥模块同理，此处不再赘述。
(2)阀门为气动N+1通阀。
同一干燥模块中各个干燥单元第一侧的气体端口分别与第一气动N+1通阀的一个接口相连，第一气动N+1通阀的另一个接口作为相应干燥模块第一侧的总气体端口。
同一干燥模块中各个干燥单元第二侧的气体端口分别与第二气动N+1通阀的一个接口相连，第二气动N+1通阀的另一个接口与同一干燥模块中冷却分离单元连接。
同一干燥模块中，各个干燥单元还通过其至少一侧的气体端口处设置的气动球阀实现首尾相连。
参见图4，以处于再生模式的干燥模块，且N＝3，分别为干燥塔B1、干燥塔B2和干燥塔B3为例进行说明：
干燥塔B1第一侧的气体端口分别与第一气动四通阀的第1个接口相连，干燥塔B2第一侧的气体端口分别与第一气动四通阀的第2个接口相连，干燥塔B3第一侧的气体端口分别与第一气动四通阀的第3个接口相连，第一气动四通阀的第4个接口作为处于再生模式的干燥模块第一侧的总气体端口。
干燥塔B1第二侧的气体端口分别与第二气动四通阀的第1个接口相连，干燥塔B2第二侧的气体端口分别与第二气动四通阀的第2个接口相连，干燥塔B3第二侧的气体端口分别与第二气动四通阀的第3个接口相连，第二气动四通阀的第4个接口与处于再生模式的干燥模块中冷却分离单元连接。
干燥塔B1第一侧的气体端口与干燥塔B2第一侧的气体端口之间，还通过气动球阀相连；干燥塔B2第二侧的气体端口与干燥塔B3第二侧的气体端口之间，还通过气动球阀相连；以使各个干燥单元实现首尾相连。
其他干燥模块同理，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
同一干燥模块中各个气动N+1通阀和各个气动球阀受控动作后，干燥模块的工作状态为以下任意一种：
1、N个干燥单元并联执行同一动作；也即，N个干燥单元并联连接且均打开执行同一动作。如图4所示，其示出了N个干燥单元并联执行同一动作时，该纯化系统中的气体流向；具体的，以处于再生模式的干燥模块为例，N个干燥单元，也即干燥塔B1、干燥塔B2和干燥塔B3；气体流向有三条，例如分别为：产品氢气管道—干燥塔B1—冷却器—分离器；产品氢气管道—干燥塔B2—冷却器—分离器；产品氢气管道—干燥塔B3—冷却器—分离器。其他干燥模块同理，此处不再赘述。
2、任一个干燥单元独立执行相应动作；也即，仅1个干燥单元打开执行相应动作，其他的干燥单元均关闭。如图6所示，其示出了任一个干燥单元独立执行相应动作时，该纯化系统中的气体流向；具体的，以处于再生模式的干燥模块为例，任一个干燥单元，如干燥塔B1内，有高纯产品氢气流通，其他干燥单元，如干燥塔B2和干燥塔B3内，均无高纯产品氢气流通；也就是说，气体流向仅有一条，例如：产品氢气管道—干燥塔B1—冷却器—分离器。其他干燥模块同理，此处不再赘述。
3、N个干燥单元串联执行同一动作；也即，N个干燥单元串联连接且均打开执行同一动作。如图5所示，其示出了N个干燥单元串联执行同一动作时，该纯化系统中的气体流向；具体的，以处于再生模式的干燥模块为例，气体流向仅有一条，例如：产品氢气管道—干燥塔B1—干燥塔B2—干燥塔B3。其他干燥模块同理，此处不再赘述。
4、至少两个干燥单元串联执行同一动作，其他干燥单元关闭(未进行图示)；也即，至少两个干燥单元串联连接且均打开执行同一动作，其他干燥单元关闭。具体的，以处于再生模式的干燥模块为例，产品氢气管道的高纯产品氢气依次流经相应的干燥单元；其他干燥模块同理，此处不再赘述。
5、P个干燥单元串联连接后，与另外的N-P个干燥单元并联连接，N个干燥单元共同执行同一动作，P为大于1且小于N的正整数；也即P个干燥单元串联成串联支路，该串联支路与另外的N-P个干燥单元并联连接，且N个干燥单元均打开执行同一动作(未进行图示)。
在实际应用中，N-P等于1时，P个干燥单元串联支路与另外1个干燥单元中并联连接后，共同执行同一动作。如N＝3，2个干燥单元串联成一条串联支路，另外1个干燥单元与该串联支路并联连接；且N个干燥单元均打开执行同一动作。
在N-P大于1时，与P个干燥单元的串联支路并联连接的N-P个干燥单元中，采用并联连接执行同一动作，如N＝4，2个干燥单元串联成一条串联支路，另外2个干燥单元分别与该串联支路并联连接；且N个干燥单元均打开执行同一动作。
或者，与P个干燥单元的串联支路并联连接的N-P个干燥单元中，采用串联连接执行同一动作。如N＝4，2个干燥单元串联成一条串联支路，另外2个干燥单元串联成另一条串联支路，两条串联支路并联连接；且N个干燥单元均打开执行同一动作。
又或者，与P个干燥单元的串联支路并联连接的N-P个干燥单元中，采用串联和并联结合；并执行同一动作；如N＝5，第1个干燥单元和第2个干燥单元串联为第一支路，第3个干燥单元和第4个干燥单元串联为第二支路，第一支路、第二支路分别与第5个干燥单元并联连接，且N个干燥单元均打开执行同一动作。其他干燥模块同理，此处不再赘述。
同一干燥模块内各个干燥单元的连接关系，在此不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
需要说明的是，为了避免同一干燥模块内各个干燥单元分别构成的通路的完成程度不同，如再生程度不同，可以使各个通路所包括的干燥单元数量及其连接关系一致；如同一干燥模块内，N＝n*a，n和a均为正整数；a个干燥单元均打开且串联成第1支路，也即第1通路；另外a个干燥单元均打开且串联成第2支路，也即第2通路……另外n个干燥单元均打开串联成第n支路，也即第n通路，第1支路、第2支路……第n支路并联连接；第1通路、第2通路……第n通路的完成程度相同。
本发明实施例还提供了一种变功率制氢的纯化系统的控制方法，应用于上述任一实施例提供的纯化系统，该纯化系统的具体结构及原理，详情参见上述实施例，在此不再一一赘述。
参见图7，该控制方法，包括：
S101、判断纯化系统所接收的产氢量是否大于等于预设满功率产氢量。
可以通过相应的检测设备检测纯化系统所接收的产氢量；将该产氢量作为判断依据，执行本步骤S101。
该预设满功率产氢量，可以是纯化系统对应的制氢系统满功率运行时，所产生的氢气量；当然，该预设满功率产氢量并不仅限于此，在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
执行本步骤S101的目的在于，能够明确当前纯化系统所接收的产氢量的多少；并结合后续步骤，在纯化系统所接收的产氢量较多时，执行与产氢量较多匹配的步骤；在纯化系统所接收的产氢量较少时，执行与产氢量较少匹配的步骤。
若产氢量大于等于预设满功率产氢量，则说明制氢系统的产氢量较多、执行步骤S102；而若产氢量小于预设满功率产氢量，则说明制氢系统的产氢量较少，无法满足全部的再生气流条件、执行步骤S103。
S102、控制纯化系统中处于再生模式的各个干燥单元形成N个再生通路，以最大接收量接收氢气。
其中，N为大于1的整数。
需要说明的是，该纯化系统中处于再生模式的各个干燥单元最多能够形成N个再生通路，也即，处于再生模式的各个干燥单元形成N个再生通路时，该纯化系统中以最大接收量接收氢气，也即如图2-图6所示的产品氢气内的高纯产品氢气。
S103、控制纯化系统中处于再生模式的各个干燥单元形成M个再生通路。
M为小于N的正整数。
在产氢量小于预设满功率产氢量时，说明制氢系统的产氢量较少，而本步骤S103中纯化系统的接收量应当与当前的产氢量匹配，也即纯化系统中处于再生模式的各个干燥单元形成较少再生通路，以使本步骤S103下的纯化系统能够满足制氢系统的需求。
需要说明的是，该M的取值可以是任意的，只要能够保证其为小于N的正整数即可，当然，该M的取值还可以与制氢系统的产氢量相关，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
在实际应用中，可以设置上述每个再生通路的氢气需求量小于预设量；也即每个干燥单元的氢气需求量小于预设量，以通过控制纯化系统中处于再生模式的各个干燥单元形成相应数量的再生通路，能够满足不同情况下，再生通路的总氢气需求量与制氢系统的产氢量匹配，避免造成不必要的浪费，或者影响高纯产品氢气的质量的问题。
在本实施例中，该纯化系统完全可以满足变功率条件下制氢系统的纯化需求，尤其是低负载工况下，根据氢气产量调节可再生气流的需求量，确保干燥塔再生完全，保证了氢气纯化的质量，延长纯化系统的使用寿命。
此外，通过上述实施例提供的变功率制氢的纯化系统的具体结构可知，在纯化系统中至少三个干燥模块分别处于再生模式、工作模式和次工作模式，因此，在控制纯化系统处于再生模式的各个干燥单元形成相应数量的再生通路时，还可以包括：控制纯化系统中处于工作模式的各个干燥单元形成相应数量的工作通路，以及，控制纯化系统中处于次工作模式的各个干燥单元形成相应数量的次工作通路。
具体的，在执行步骤S102的同时，还包括：控制纯化系统中处于工作模式的各个干燥单元形成N个工作通路，处于次工作模式的各个干燥单元形成N个次工作通路。
该纯化系统中处于工作模式的各个干燥单元最多能够形成N个工作通路，也即，处于工作模式的各个干燥单元形成N个工作通路时，该纯化系统中以最大接收量接收氢气，也即如图2-图6所示的脱氧后的原料氢气。
该纯化系统中处于次工作模式的各个干燥单元最多能够形成N个次工作通路，也即，处于次工作模式的各个干燥单元形成N个次工作通路时，该纯化系统中以最大接收量接收氢气，也即，该N个次工作通路以最大接收量接收处于于再生模式的干燥模块输出的废氢气。
在产氢量大于等于预设满功率产氢量，则说明制氢系统的产氢量较多，而本步骤102中纯化系统的接收量最大，因而，本步骤S102下的纯化系统能够满足制氢系统的需求。
在执行步骤S103的同时，还包括：控制纯化系统中处于工作模式的各个干燥单元形成M个工作通路，处于次工作模式的各个干燥单元形成M个次工作通路。
此时制氢系统的产氢量较少，控制纯化系统形成M条工作通路和M条次工作通路，以使纯化系统的接收量与当前的产氢量匹配。如仅M条工作通路接收如图2-图6所示的脱氧后的原料氢气，仅M条次工作通路接收再生通路产生的废氢气。
需要说明的是，再生通路、工作通路、次工作通路的数量均是相等的，以使再生通路、工作通路、次工作通路所接收到的气体是相匹配的。
在上述实施例中，步骤S102的具体工作过程为：控制纯化系统中N个处于再生模式的干燥单元并联连接后同时执行再生动作。
具体的，N个干燥单元并联连接且均打开执行同一动作。图2所示，其示出了N个干燥单元并联执行同一动作时，该纯化系统中的气体流向；具体的，以处于再生模式的干燥模块为例，N个干燥单元，也即干燥塔B1、干燥塔B2和干燥塔B3；气体流向有三条，例如分别为：产品氢气管道—干燥塔B1—冷却器—分离器；产品氢气管道—干燥塔B2—冷却器—分离器；产品氢气管道—干燥塔B3—冷却器—分离器。或者，如图4所示，其示出了N个干燥单元并联执行同一动作时，该纯化系统中的气体流向；具体的，以处于再生模式的干燥模块为例，N个干燥单元，也即干燥塔B1、干燥塔B2和干燥塔B3；气体流向有三条，例如分别为：产品氢气管道—干燥塔B1—冷却器—分离器；产品氢气管道—干燥塔B2—冷却器—分离器；产品氢气管道—干燥塔B3—冷却器—分离器。
控制纯化系统中处于工作模式的各个干燥单元形成N个工作通路，处于次工作模式的各个干燥单元形成N个次工作通路，其具体过程与步骤S102的具体工作过程相似，此处不再赘述，均在本申请的保护范围内。
在上述实施例中，步骤S103的具体工作过程为以下任意一种：
1、控制纯化系统中，N个处于再生模式的干燥单元依次串联连接后执行再生动作，以形成一个再生通路。
具体的，如图5所示，其示出了N个干燥单元串联执行同一动作时，该纯化系统中的气体流向；具体的，以处于再生模式的干燥模块为例，气体流向仅有一条，例如：产品氢气管道—干燥塔B1—干燥塔B2—干燥塔B3—冷却器—分离器。
当再生气流经过干燥塔B1时，经加热器加热再生气流温度升高，接着进入干燥塔B2和干燥塔B3后可以加速分子筛吸附剂的升温，便于快速带走水分。
2、控制纯化系统中，M个处于再生模式的干燥单元并联连接后同时执行再生动作，且其他N-M个处于再生模式的干燥单元关闭，以形成M个再生通路。
如图3所示，其示出了任一个干燥单元独立执行相应动作时，该纯化系统中的气体流向；具体的，以处于再生模式的干燥模块为例，任一个干燥单元，如干燥塔B1内，有高纯产品氢气流通，其他干燥单元，如干燥塔B2和干燥塔B3内，均无高纯产品氢气流通；也就是说气体流向仅有一条，例如：产品氢气管道—干燥塔B1—冷却器—分离器。
如图6所示，其示出了任一个干燥单元独立执行相应动作时，该纯化系统中的气体流向；具体的，以处于再生模式的干燥模块为例，任一个干燥单元，如干燥塔B1内，有高纯产品氢气流通，其他干燥单元，如干燥塔B2和干燥塔B3内，均无高纯产品氢气流通；也就是说气体流向仅有一条，例如：产品氢气管道—干燥塔B1—冷却器—分离器。
3、控制纯化系统中，至少存在两个处于再生模式的干燥单元串联连接后，再与另外至少一个处于再生模式的干燥单元并联连接，共同执行再生动作，以形成M个再生通路。
具体的，P个干燥单元串联成串联支路，该串联支路与另外的N-P个干燥单元并联连接，且N分均打开执行同一动作，以形成M个再生通路(未进行图示)。
4、控制纯化系统中，至少存在两个处于再生模式的干燥单元串联连接，共同执行再生动作，其他处于再生模式的干燥单元关闭，以形成一个再生通路。
在实际应用中，M为根据每个再生通路的氢气需求量对产氢量进行分配后得到的通路数量。
具体的，以图2和图3所示的结构，也即N＝3为例进行说明：
在纯化系统所接收的产氢量大于等于预设满功率产氢量时，控制干燥塔B1、干燥塔B2和干燥塔B3并联连接，且均执行再生动作。同时，还控制干燥塔A1、干燥塔A2和干燥塔A3并联连接，且均执行工作动作；以及，控制干燥塔C1、干燥塔C2和干燥塔C3并联连接，且均执行次工作动作(如图2所示)。
在纯化系统所接收的产氢量小于预设满功率产氢量，且大于等于次满功率产氢量时，控制干燥塔B1和干燥塔B2并联连接，且均执行再生动作，干燥塔B3关闭。同时，还控制干燥塔A1和干燥塔A2并联连接，且均执行工作动作，干燥塔A3关闭；以及，控制干燥塔C1和干燥塔C2并联连接，且均执行次工作动作，干燥塔C3关闭(未进行图示)。其中，次满功率产氢量小于预设满功率产氢量；其具体取值在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
在纯化系统所接收的产氢量小于次满功率产氢量时，控制干燥塔B1独立执行再生动作，干燥塔B2和干燥塔B3关闭。同时，还控制干燥塔A1独立执行再生动作，干燥塔A2和干燥塔A3关闭；以及，干燥塔C1独立执行再生动作，干燥塔C2和干燥塔C3关闭(如图3所示)。
图4-图6所示结构的控制过程与上述相似，不同的是，在纯化系统所接收的产氢量小于预设满功率产氢量，且大于等于次满功率产氢量时，控制干燥塔B1、干燥塔B2和干燥塔B3串联连接，且均执行再生动作；其具体过程，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
在本实施例中，当制氢系统的产氢量足够时，三个干燥塔同时进行再生；当制氢系统处于低负载情况下运行，氢气产量降低再生气流量过小时，根据实际的产氢量，控制进行一个或两个干燥塔再生，或者是三塔的串联再生，以保证干燥塔再生完全。
本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (23)

1.一种变功率制氢的纯化系统，其特征在于，包括：至少三个干燥模块；其中：
所述干燥模块包括：N个干燥单元，N为大于1的整数；
对于同一所述干燥模块，各个所述干燥单元第一侧的气体端口分别通过相应的阀门相连，各个所述干燥单元第二侧的气体端口分别通过相应的阀门相连；
各个所述干燥模块第一侧的总气体端口均与产品氢气管道相连，以使同一阶段内，至少存在三个所述干燥模块分别处于再生模式、工作模式和次工作模式。
2.根据权利要求1所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，每个所述干燥单元的氢气需求量小于预设量。
3.根据权利要求1所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，N＝3。
4.根据权利要求1所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，各个所述干燥单元分别为预设容量的干燥塔。
5.根据权利要求1所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，各个所述干燥单元分别为干燥塔中预设容量的一部分。
6.根据权利要求1所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，存在至少一个所述干燥模块第二侧的总气体端口接收脱氧后的原料氢气；
任意两个所述未直接接收所述原料氢气的干燥模块第二侧的总气体端口相连。
7.根据权利要求1-6任一项所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，所述干燥模块还包括：冷却分离单元；
所述干燥模块内，各个所述干燥单元第二侧的气体端口分别通过相应的阀门相连后，共同通过所述冷却分离单元与所述干燥模块第二侧的总气体端口相连。
8.根据权利要求7所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，所述阀门为气动球阀。
9.根据权利要求8所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，同一所述干燥模块中各个所述干燥单元第一侧的气体端口分别通过各自对应的气动球阀连接，连接点作为相应所述干燥模块第一侧的总气体端口；
同一所述干燥模块中各个所述干燥单元第二侧的气体端口分别通过各自对应的气动球阀连接，连接点与所述冷却分离单元相连。
10.根据权利要求9所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，同一所述干燥模块中各个所述气动球阀受控动作后，所述干燥模块的工作状态为：
N个所述干燥单元并联执行同一动作；或者，
任一个所述干燥单元独立执行相应动作；又或者，
任X个所述干燥单元并联执行同一动作，X为大于1且小于N的整数。
11.根据权利要求7所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，所述阀门为气动N+1通阀。
12.根据权利要求11所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，同一所述干燥模块中各个所述干燥单元第一侧的气体端口分别与第一气动N+1通阀的一个接口相连，所述第一气动N+1通阀的另一个接口作为相应所述干燥模块第一侧的总气体端口；
同一所述干燥模块中各个所述干燥单元第二侧的气体端口分别与第二气动N+1通阀的一个接口相连，所述第二气动N+1通阀的另一个接口与同一所述干燥模块中所述冷却分离单元连接。
13.根据权利要求12所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，同一干燥模块中，各个所述干燥单元还通过其至少一侧的气体端口处设置的气动球阀实现首尾相连。
14.根据权利要求13所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，同一所述干燥模块中各个所述气动N+1通阀和各个所述气动球阀受控动作后，所述干燥模块的工作状态为：
N个所述干燥单元并联执行同一动作；或者，
任一个所述干燥单元独立执行相应动作；又或者，
N个所述干燥单元串联执行同一动作；又或者，
至少两个所述干燥单元串联执行同一动作，其他所述干燥单元关闭；又或者，
P个所述干燥单元串联连接后，与另外的N-P个所述干燥单元并联连接，N个所述干燥单元共同执行同一动作，P为大于1且小于N的正整数。
15.根据权利要求14所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，在N-P大于1时，与P个所述干燥单元的串联支路并联连接的N-P个所述干燥单元中采用并联执行同一动作，和/或，采用串联执行同一动作。
16.根据权利要求6所述的变功率制氢的纯化系统，其特征在于，所述冷却分离单元包括：分离器和冷却器；
同一所述干燥模块中各个所述干燥单元第二侧的气体端口通过相应的阀门之后，依次通过所述冷却器和所述分离器与所述干燥模块第二侧的总气体端口相连。
17.一种变功率制氢的纯化系统的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-16任一项所述的纯化系统，该控制方法包括：
判断所述纯化系统所接收的产氢量是否大于等于预设满功率产氢量；
若所述产氢量大于等于预设满功率产氢量，则控制所述纯化系统中处于再生模式的各个干燥单元形成N个所述再生通路，以最大接收量接收氢气；N为大于1的整数；
若所述产氢量小于预设满功率产氢量，则控制所述纯化系统中处于再生模式的各个所述干燥单元形成M个所述再生通路；M为小于N的正整数。
18.根据权利要求17所述的变功率制氢的纯化系统的控制方法，其特征在于，每个所述再生通路的氢气需求量小于预设量。
19.根据权利要求17所述的变功率制氢的纯化系统的控制方法，其特征在于，控制所述纯化系统中处于再生模式的各个所述干燥单元形成M个所述再生通路，包括以下任意一种：
控制所述纯化系统中，N个处于再生模式的所述干燥单元依次串联连接后执行再生动作，以形成一个所述再生通路；
控制所述纯化系统中，M个处于再生模式的所述干燥单元并联连接后同时执行再生动作，且其他N-M个处于再生模式的干燥单元关闭，以形成M个所述再生通路；
控制所述纯化系统中，至少存在两个处于再生模式的所述干燥单元串联连接后，再与另外至少一个处于再生模式的所述干燥单元并联连接，共同执行再生动作，以形成M个所述再生通路；
控制所述纯化系统中，至少存在两个处于再生模式的干燥单元串联连接后，执行再生动作，其他处于再生模式的干燥单元关闭，以形成一个再生通路。
20.根据权利要求17所述的变功率制氢的纯化系统的控制方法，其特征在于，控制所述纯化系统中处于再生模式的各个干燥单元形成N个所述再生通路，包括：
控制所述纯化系统中N个处于再生模式的所述干燥单元并联连接后同时执行再生动作。
21.根据权利要求17-20任一项所述的变功率制氢的纯化系统的控制方法，其特征在于，M为根据每个所述再生通路的氢气需求量对所述产氢量进行分配后得到的通路数量。
22.根据权利要求17-20任一项所述的变功率制氢的纯化系统的控制方法，其特征在于，控制所述纯化系统中处于再生模式的各个干燥单元形成N个所述再生通路，以最大接收量接收氢气的同时，还包括：
控制所述纯化系统中处于工作模式的各个干燥单元形成N个所述工作通路，处于次工作模式的各个干燥单元形成N个所述次工作通路。
23.根据权利要求17-20任一项所述的变功率制氢的纯化系统的控制方法，其特征在于，控制所述纯化系统中处于再生模式的各个所述干燥单元形成M个所述再生通路的同时，还包括：
控制所述纯化系统中处于工作模式的各个干燥单元形成M个所述工作通路，处于次工作模式的各个干燥单元形成M个所述次工作通路。
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