CN114345123A - 一种氢气脱氧干燥一体塔及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种氢气脱氧干燥一体塔及控制方法，包括第一塔体和第二塔体，所述第一塔体和所述第二塔体的内部均混合填充脱氧催化剂和干燥剂，所述第一塔体的进气口和所述第二塔体的进气口通过第一管路连通，所述第一管路上设置第一阀门和第二阀门，位于所述第一阀门和所述第二阀门之间的第一管路上连通有进气管路用以通入氢气，通过设置第一塔体和第二塔体，塔体内混合填充脱氧催化剂和干燥剂，将脱氧器与干燥塔合并，在对氢气脱氧的同时进行干燥，减少设备数量，且第一塔体和第二塔体相互连通，两个塔体替换工作，当其中一个塔体过滤的氢气质量不满足要求时实现迅速切换至另一塔体，在保证氢气产品质量的同时实现系统的连续稳定运行。
Description
技术领域
本申请涉及电解制氢技术领域，尤其涉及一种氢气脱氧干燥一体塔及控制方法。
背景技术
电解水制得的氢气中含有微量的氧气和饱和水汽，一般需先经过脱氧器除去杂质氧，然后再通过干燥塔干燥去除水分。上述系统需同时具备脱氧器和干燥塔，设备较为复杂，难以实现电解制氢系统的连续稳定运行。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种氢气脱氧干燥一体塔，通过设置第一塔体和第二塔体，塔体内混合填充脱氧催化剂和干燥剂，将脱氧器与干燥塔合并，在对氢气脱氧的同时进行干燥，减少设备数量，降低建造成本，同时降低工艺流程复杂度，有利于实现自动化管理。且第一塔体和第二塔体相互连通，两个塔体替换工作，当其中一个塔体过滤的氢气质量不满足要求时实现迅速切换至另一塔体，在保证氢气产品质量的同时实现系统的连续稳定运行。
为达到上述目的，本申请提出的一种氢气脱氧干燥一体塔，包括第一塔体和第二塔体，所述第一塔体和所述第二塔体的内部均混合填充脱氧催化剂和干燥剂，所述第一塔体的进气口和所述第二塔体的进气口通过第一管路连通，所述第一管路上设置第一阀门和第二阀门，位于所述第一阀门和所述第二阀门之间的第一管路上连通有进气管路用以通入氢气，所述第一塔体的出气口和所述第二塔体的出气口通过第二管路连通，所述第二管路上设置第三阀门和第四阀门，位于所述第三阀门和所述第四阀门之间的第二管路上连通有出气管路用以存储氢气。
进一步地，还包括缠绕设置于所述第一塔体外侧的第一加热管，所述第一加热管用于对所述第一塔体内的脱氧催化剂与干燥剂进行干燥活化。
进一步地，所述第二管路上靠近所述第一塔体出气口处设置有第一微量氧分析仪，所述第一微量氧分析仪用于对所述第一塔体流出氢气的含氧量进行检测。
进一步地，还包括设置于所述第二管路上的第一露点仪，所述第一露点仪用于对所述第一塔体流出氢气的湿度进行检测。
进一步地，还包括缠绕设置于所述第二塔体外侧的第二加热管，所述第二加热管用于对所述第二塔体内的脱氧催化剂与干燥剂进行干燥活化。
进一步地，所述第二管路上靠近所述第二塔体出气口处设置有第二微量氧分析仪，所述第二微量氧分析仪用于对所述第二塔体流出氢气的含氧量进行检测。
进一步地，还包括设置于所述第二管路上的第二露点仪，所述第二露点仪用于对所述第二塔体流出氢气的湿度进行检测。
进一步地，还包括第一吹扫管路，所述第一吹扫管路接入所述第一塔体内，所述第一吹扫管路的进气口处设置有第五阀门，所述第一吹扫管路的出气口处设置有第六阀门。
进一步地，还包括第二吹扫管路，所述第二吹扫管路接入所述第二塔体内，所述第二吹扫管路的进气口处设置有第七阀门，所述第二吹扫管路的出气口处设置有第八阀门。
一种氢气脱氧干燥一体塔的控制方法，应用于上述的氢气脱氧干燥一体塔，包括如下步骤：
控制第二阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门关闭以及第一阀门和第三阀门打开；
通过进气管路通入氢气经过第一塔体的脱氧和干燥后流出；
检测从第一塔体流出的氢气的含氧量和湿度；
在氢气的含氧量或者湿度超出预设值时，控制第一阀门和第三阀门关闭以及第二阀门和第四阀门打开；
进气管路通入的氢气经过第二塔体进行脱氧和干燥；
控制第一加热管开启对第一塔体进行加热持续第一预定时间；
控制第五阀门和第六阀门打开，通过第一吹扫管路通入气体进行吹扫且持续第二预定时间；
关闭第五阀门和第六阀门
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请一实施例提出的一种氢气脱氧干燥一体塔的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本申请一实施例提出的一种氢气脱氧干燥一体塔的结构示意图。
参见图1，一种氢气脱氧干燥一体塔，包括第一塔体1和第二塔体2，所述第一塔体1和所述第二塔体2的内部均混合填充脱氧催化剂和干燥剂，所述第一塔体1的进气口和所述第二塔体2的进气口通过第一管路3连通，所述第一管路3上设置第一阀门11和第二阀门21，位于所述第一阀门11和所述第二阀门21之间的第一管路3上连通有进气管路4用以通入氢气，所述第一塔体1的出气口和所述第二塔体2的出气口通过第二管路5连通，所述第二管路5上设置第三阀门12和第四阀门22，位于所述第三阀门12和所述第四阀门22之间的第二管路5上连通有出气管路6用以存储氢气。
本实施例中，第一塔体1和第二塔体2相互连通，且第一塔体1和第二塔体2分别独立工作，塔体内混合填充脱氧催化剂和干燥剂，具体地，催化剂可以为钯触媒，实现对通入氢气脱氧和干燥，在对氢气进行纯化干燥时，通过阀门的启闭控制，使得氢气通过第一塔体或者第二塔体进行纯化处理，在工作塔体工作效率下降时，通过阀门的启闭控制，实现工作塔体的切换，在保证氢气产品质量的同时实现系统的连续稳定运行。
本实施例中，进气管路4可以连通电解制氢系统的产气出口，电解制氢系统产出的氢气可以直接通入本申请的塔体中，具体地，电解制氢系统通常包括电解槽、气液分离器和气体冷却器，进气管路可以和气体冷却器的氢气出口连通，冷却后的氢气进入本系统中进一步进行纯化干燥，达到合格的产气质量要求。
一种氢气脱氧干燥一体塔还包括缠绕设置于所述第一塔体1外侧的第一加热管，所述第一加热管用于对所述第一塔体1内的脱氧催化剂与干燥剂进行干燥活化。一种氢气脱氧干燥一体塔还包括缠绕设置于所述第二塔体2外侧的第二加热管，所述第二加热管用于对所述第二塔体2内的脱氧催化剂与干燥剂进行干燥活化。
本实施例中，加热管可以螺旋缠绕式的布置在塔体的外侧，加热管可以接通电源实现电加热，方便操作，加热效率高。
优选地，为了达到较好的加热效果，加热管可以嵌入式的布置于塔体的外侧壁内，塔体的外侧壁与加热管具有较大的接触面积，加热管对塔体的加热效果好。当然在其他实施例中，加热管也可以其他形式进行布置，能够实现对塔体的快速加热即可，通过对塔体的加热，对塔体内的脱氧催化剂与干燥剂进行干燥活化，实现脱氧催化剂和干燥剂的重复使用，进而节约氢气的处理成本。
所述第二管路5上靠近所述第一塔体1出气口处设置有第一微量氧分析仪7，所述第一微量氧分析仪7用于对所述第一塔体1流出氢气的含氧量进行检测。所述第二管路5上靠近所述第二塔体2出气口处设置有第二微量氧分析仪8，所述第二微量氧分析仪8用于对所述第二塔体2流出氢气的含氧量进行检测。微量氧分析仪用来对处理后的氢气中的氧气含量进行检测分析，当氢气中的氧气含量超标时，说明塔体内的脱氧催化剂活性下降，得到氢气的质量无法满足要求，此时需要切换工作塔体，得到合格的氢气。
一种氢气脱氧干燥一体塔还包括设置于所述第二管路5上的第一露点仪9，所述第一露点仪9用于对所述第一塔体1流出氢气的湿度进行检测。一种氢气脱氧干燥一体塔还包括设置于所述第二管路5上的第二露点仪10，所述第二露点仪10用于对所述第二塔体2流出氢气的湿度进行检测。露点仪用来对氢气中水分进行检测，氢气中的水分一方面来自电解制氢系统带出的，另一方面来自脱氧催化剂对氢气中的氧气进行催化产生的，当氢气中的水分含量超标时，说明塔体内的干燥剂部分失效，此时也需要切换工作塔体，从而得到合格的氢气。
本申请中，在氢气出口设置微量氧分析仪与露点仪，对出口氢气质量进行实时监测，将监测系统与控制系统相连，当氢气质量不满足要求时实现塔体的迅速切换，在保证氢气产品质量的同时实现系统的连续稳定运行。
一种氢气脱氧干燥一体塔还包括第一吹扫管路，所述第一吹扫管路接入所述第一塔体1内，所述第一吹扫管路的进气口处设置有第五阀门13，所述第一吹扫管路的出气口处设置有第六阀门14。一种氢气脱氧干燥一体塔还包括第二吹扫管路，所述第二吹扫管路接入所述第二塔体2内，所述第二吹扫管路的进气口处设置有第七阀门23，所述第二吹扫管路的出气口处设置有第八阀门24。本实施例中，吹扫管路用来在加热管对塔体内的脱氧催化剂和干燥剂干燥活化后进行吹扫，具体地，吹扫的气体可以为高纯氢气体，避免引入杂质，吹扫管路可以外接氢气气源，实现对塔体内的残留杂质进行吹扫，并从吹扫管路的出气口吹出。
一种氢气脱氧干燥一体塔的控制方法，应用于上述的氢气脱氧干燥一体塔，包括如下步骤：
控制第二阀门21、第四阀门22、第五阀门13、第六阀门14、第七阀门23和第八阀门24关闭以及第一阀门11和第三阀门12打开；具体地，阀门可以为电磁阀，各电磁阀与控制系统电性连接，方便控制系统实现阀门的远程控制。
通过进气管路4通入氢气经过第一塔体1的脱氧和干燥后流出；通过各阀门的启闭控制实现氢气流向的控制，进而控制第一塔体和第二塔体交替工作。
检测从第一塔体1流出的氢气的含氧量和湿度；由于脱氧催化剂和干燥剂混合对氢气处理，在氢气的含氧量或者湿度其中之一超标的情况下，即对塔体切换工作，保证了氢气的含氧量和水分含量均符合要求。
在氢气的含氧量或者湿度超出预设值时，控制第一阀门11和第三阀门12关闭以及第二阀门21和第四阀门22打开；进气管路4通入的氢气经过第二塔体2进行脱氧和干燥；通过阀门的启闭控制，第一塔体1和第二塔体2可以来回进行切换。具体地，预设值可以根据氢气的质量要求进行设定。
控制第一加热管开启对第一塔体进行加热持续第一预定时间；控制第五阀门13和第六阀门14打开，通过第一吹扫管路通入气体进行吹扫且持续第二预定时间；关闭第五阀门13和第六阀门14。当本申请工作塔体切换为第二塔体时，可以利用加热管对第一塔体进行活化干燥，恢复其脱氧催化剂和干燥剂的活性，进行重复使用，吹扫管路对第一塔体进行吹扫，将第一塔体内积聚的杂质清理出去。具体地，第一预定时间和第二预定时间可以根据实际生产情况进行设置，通常为30min。
在系统工作过程中，开始时第二塔体2相关的所有阀门，第二阀门21、第四阀门22、第七阀门23、第八阀门24均关闭，第一塔体1相关的阀门，第五阀门13和第六阀门14关闭，从电解制氢系统出来的氢气经过第一阀门11进入第一塔体1，在钯触媒的作用下气体中的微量氧气与氢气反应生成水，与氢气中含有的微量水共同被干燥剂吸附，经过纯化干燥后的氢气经过第一微量氧分析仪与第一露点仪检测合格后经由第三阀门12进入后续储氢系统；当系统运行一定时间，第一塔体1中钯触媒与干燥剂饱和后，第一微量氧分析仪与第一露点仪检测出现杂质含量超过高纯氢限值，第一阀门11和第三阀门12关闭，第二阀门21和第四阀门22开启，第一塔体1的外侧加热管开启，对其中的催化剂与干燥剂进行干燥活化，完成后开启第五阀门13和第六阀门14对第一塔体1进行吹扫，吹扫结束后关闭第五阀门13和第六阀门14。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种氢气脱氧干燥一体塔，其特征在于，包括第一塔体和第二塔体，所述第一塔体和所述第二塔体的内部均混合填充脱氧催化剂和干燥剂，所述第一塔体的进气口和所述第二塔体的进气口通过第一管路连通，所述第一管路上设置第一阀门和第二阀门，位于所述第一阀门和所述第二阀门之间的第一管路上连通有进气管路用以通入氢气，所述第一塔体的出气口和所述第二塔体的出气口通过第二管路连通，所述第二管路上设置第三阀门和第四阀门，位于所述第三阀门和所述第四阀门之间的第二管路上连通有出气管路用以存储氢气。
2.如权利要求1所述的氢气脱氧干燥一体塔，其特征在于，还包括缠绕设置于所述第一塔体外侧的第一加热管，所述第一加热管用于对所述第一塔体内的脱氧催化剂与干燥剂进行干燥活化。
3.如权利要求1所述的氢气脱氧干燥一体塔，其特征在于，所述第二管路上靠近所述第一塔体出气口处设置有第一微量氧分析仪，所述第一微量氧分析仪用于对所述第一塔体流出氢气的含氧量进行检测。
4.如权利要求1所述的氢气脱氧干燥一体塔，其特征在于，还包括设置于所述第二管路上的第一露点仪，所述第一露点仪用于对所述第一塔体流出氢气的湿度进行检测。
5.如权利要求1所述的氢气脱氧干燥一体塔，其特征在于，还包括缠绕设置于所述第二塔体外侧的第二加热管，所述第二加热管用于对所述第二塔体内的脱氧催化剂与干燥剂进行干燥活化。
6.如权利要求1所述的氢气脱氧干燥一体塔，其特征在于，所述第二管路上靠近所述第二塔体出气口处设置有第二微量氧分析仪，所述第二微量氧分析仪用于对所述第二塔体流出氢气的含氧量进行检测。
7.如权利要求1所述的氢气脱氧干燥一体塔，其特征在于，还包括设置于所述第二管路上的第二露点仪，所述第二露点仪用于对所述第二塔体流出氢气的湿度进行检测。
8.如权利要求1所述的氢气脱氧干燥一体塔，其特征在于，还包括第一吹扫管路，所述第一吹扫管路接入所述第一塔体内，所述第一吹扫管路的进气口处设置有第五阀门，所述第一吹扫管路的出气口处设置有第六阀门。
9.如权利要求1所述的氢气脱氧干燥一体塔，其特征在于，还包括第二吹扫管路，所述第二吹扫管路接入所述第二塔体内，所述第二吹扫管路的进气口处设置有第七阀门，所述第二吹扫管路的出气口处设置有第八阀门。
10.一种氢气脱氧干燥一体塔的控制方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-9任一项所述的氢气脱氧干燥一体塔，包括如下步骤：
控制第二阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门关闭以及第一阀门和第三阀门打开；
通过进气管路通入氢气经过第一塔体的脱氧和干燥后流出；
检测从第一塔体流出的氢气的含氧量和湿度；
在氢气的含氧量或者湿度超出预设值时，控制所述第一阀门和所述第三阀门关闭以及所述第二阀门和所述第四阀门打开；
进气管路通入的氢气经过第二塔体进行脱氧和干燥；
控制第一加热管开启对第一塔体进行加热持续第一预定时间；
控制所述第五阀门和所述第六阀门打开，通过第一吹扫管路通入气体进行吹扫且持续第二预定时间；
关闭所述第五阀门和所述第六阀门。
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Cited By (1)
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| CN114832510A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-08-02 | 阳光氢能科技有限公司 | 一种气液分离器及电解水制氢系统 |
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| CN114832510B (zh) * | 2022-06-08 | 2024-05-14 | 阳光氢能科技有限公司 | 一种气液分离器及电解水制氢系统 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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