CN116395639A - 一种氢气制备及提纯系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及制氢系统领域，具体公开了一种氢气制备及提纯系统，其包括用于电解水制氢的制氢模块，还包括循环提纯模块，所述循环提纯模块包括提纯组件，所述提纯组件包括干燥塔，所述干燥塔包括塔体、输气管、分子筛、第一气接头以及第二气接头，所述输气管的上端位于塔体内，所述输气管的下端伸出至塔体外，所述分子筛填充在塔体内壁与输气管之间内，所述第一气接头设置在塔体的下端，所述第二气接头设置在输气管的下端上。本申请具有提高氢气的提纯效果以及分子筛的再生效果的效果。

Description

一种氢气制备及提纯系统

技术领域

本申请涉及制氢设备领域，尤其是涉及一种氢气制备及提纯系统。

背景技术

氢气具有能量密度高、燃烧性能好和可循环利用等优势,被认为是21世纪最理想的能源载体形式之一。电解水制氢因为原料广泛，且产氢过程中不产生有害污染物，具备良好的发展前景。

通过电解水的方式得到的氢气的纯度较低，氢气中夹杂着碱液与水，达不到氢气的使用要求，因此需对氢气进行提纯。对氢气进行除水提纯时，为保障制氢系统能够长时间运行，常采用将三组提纯组件进行组合循环，即一组提纯组件预工作，另一组提纯组件再生，最后一组提纯组件工作，提纯组件由干燥塔与冷却罐组合而成。

相关技术中，干燥塔包括罐体、自身下端伸入至罐体内的通气管以及填充在罐体内的分子筛、与罐体内腔连通的第一接头以及与通气管内腔连通的第二接头，通气管的上端伸出至罐体外，第二接头连接在通气管于罐体外的端部上。氢气经过分子筛时会与分子筛进行接触，分子筛的水含量高于氢气中的水含量时，分子筛能够吸收氢气中的水，分子筛中的水含量高于氢气中的水含量时，氢气能够吸收分子筛中的水。提纯组件用于预工作或是工作时，分子筛吸收氢气中的水分，提纯组件用于再生时，氢气吸收分子筛的水分。

于相关技术中的干燥塔的第一接头中通入氢气时，氢气于罐体内堆积直至充满罐体内腔，此时氢气经通气管下端进入通气管并由第二接头排出，如此氢气能够与分子筛充分接触。而由第二接头通入氢气时，氢气于通气管内堆积，直至氢气由通气管下端溢出，此时氢气会迅速向上运动，即迅速穿过分子筛，导致氢气无法与分子筛充分接触，影响了分子筛对氢气内水的吸收或分子筛中的水向氢气施放，使得氢气的提纯效果不佳或是分子筛的再生效果不佳，有待改进。

发明内容

为了提高氢气的提纯效果以及分子筛的再生效果，本申请提供一种氢气制备及提纯系统。

本申请提供的一种氢气制备及提纯系统采用如下的技术方案：

一种氢气制备及提纯系统，包括用于电解水制氢的制氢模块，还包括循环提纯模块，所述循环提纯模块包括提纯组件，所述提纯组件包括干燥塔，所述干燥塔包括塔体、输气管、分子筛、第一气接头以及第二气接头，所述输气管的上端位于塔体内，所述输气管的下端伸出至塔体外，所述分子筛填充在塔体内壁与输气管之间内，所述第一气接头设置在塔体的下端，所述第二气接头设置在输气管的下端上。

通过采用上述技术方案，将氢气由第一气接头输入时，氢气经第一气接头输入塔体内后，于塔体内堆积，直至氢气充满塔体内，此时氢气与分子筛充分接触。继续输入氢气，使得氢气能够进入输气管中，随着氢气持续注入，氢气经输气管由第二气接头输出。

将氢气由第二气接头输入时，氢气经第二气接头输入输气管中，再由输气管传输至塔体，并于塔体内顶端聚集。随着氢气不断汇聚，于塔体内的氢气逐渐下移，直至塔体内充满氢气，使得氢气与分子筛充分接触。

相较于相关技术中的干燥塔，如此设置的干燥塔使得无论从第一气接头输入氢气或是从第二气接头输入氢气，氢气均能够与分子筛充分接触，即提高了对氢气进行除水提纯的效果以及对分子筛进行除水还原的效果。

可选的，还包括出氢模块，所述出氢模块包括出氢管、出氢气动三通阀、合格氢出口、劣氢出口以及检测控制组件，所述循环提纯模块用于将氢气输送至出氢管，所述出氢气动三通阀的三个接口分别与出氢管、合格氢出口以及劣氢出口连接，所述检测控制组件用于对氢气进行检测并用于控制出氢气动三通阀连通出氢管与合格氢出口，所述检测控制组件还用于控制出氢气动三通阀连通出氢管与劣氢出口。

通过采用上述技术方案，氢气输入至出氢管中后，通过出氢气动三通阀限制氢气排放。检测控制组件对氢气进行检测，氢气的检测合格时，检测控制组件控制出氢气动三通阀连通出氢管与合格氢出口连通，以使氢气能够排出至合格氢出口中。氢气检测不合格时，检测控制组件控制出氢气动三通阀连通出氢管与劣氢出口连通，以对不合格的氢气进行收集。

相较于经过提纯后对氢气进行直接收集，于氢气排出前对氢气进行检测，以对氢气进行最后检查，能够进一步保障产出的氢气的质量。

可选的，所述出氢模块还包括背压阀以及出氢第一压力变送器，所述背压阀安装在出氢管上并用于控制出氢管导通与关闭，所述出氢第一压力变送器用于检测背压阀输出的压力，所述出氢第一压力变送器还用于控制出氢气动三通阀与连通出氢管与合格氢出口。

通过采用上述技术方案，通过增设背压阀，使得输入出氢管的氢气达到一定压力后，方可通过背压阀输入合格氢出口并由合格氢出口输出。出氢第一压力变送器同样对出氢气动三通阀进行控制，通过对背压阀输出的氢气压力进行检测，达到所需排氢压力后再控制出氢气动三通阀连通出氢管以及合格氢出口。如此设置，使得排氢压力即可达到氢气购买方对氢气压力的需求。

可选的，还包括气液分离模块，所述气液分离模块包括用于分离氢气与液体的氢气液分离罐以及用于分离氧气与液体的氧气液分离罐，所述氧气液分离罐包括分离罐体以及开设在分离罐体底壁上的平衡口，所述氢气液分离罐的结构与氧气液分离罐的结构一致，所述氧气液分离罐的平衡口与氢气液分离罐的平衡口连接。

通过采用上述技术方案，制氢模块通过电解水的方式生产出氢气和氧气后，将氢气输入氢气液分离罐、将氧气输入氧气液分离罐，氢气液分离罐对氢气以及氢气中夹杂的碱液进行分离，氧气液分离罐对氧气以及氧气中夹杂的碱液进行分离。通过平衡口使得氧气液分离罐以及氢气液分离罐内的液体能够互通，从而保障氢气液分离罐以及氧气液分离罐内的压力平衡，以保障本申请系统的运作压力安全。

可选的，所述气液分离模块还包括氢气冷却罐，所述氢气冷却罐包括冷却罐体、进气管以及出水管，所述进气管的一端伸入至冷却罐体内，所述出水管的一端伸入至冷却罐体内，所述冷却罐体的侧壁上开设有出气体口以及进纯水口，所述出气体口位于进纯水口远离进气管的一侧，所述进纯水口位于进气管于冷却罐体内的端部的上方。

通过采用上述技术方案，对氢气与碱液混合物进行冷却时，将氢气与碱液混合物通过进气管输入冷却罐体内，将纯水通过进纯水口输入冷却罐体内。由于进纯水口位于进气口管的上方，使得氢气与碱液混合物在上升的过程中会先经过纯水，纯水一方面对氢气与碱液混合物进行降温，另一方面对氢气进行洗涤，以降低氢气中的碱液含量。

可选的，所述氢气冷却罐还包括分散器以及除沫组件，所述除沫组件包括填充在冷却罐体内的除沫网，所述进气管于冷却罐体内的端部伸入至分散器内。

通过采用上述技术方案，输入冷却罐体内的氢气与碱液混合物先输入分散器内，氢气由分散器内向外逸散时，由分散器对氢气进行初步打散。逸散至分散器外的氢气进入除沫网中，并由除沫网进行进一步打散。如此设置，有助于氢气与碱液分离以及碱液冷凝，提高了氢气的冷却提纯效果。

可选的，所述氢气液分离罐上开设有补水口，所述气液分离模块还包括结构与氢气冷却罐一致的氧气冷却罐，所述氧气冷却罐的出水管与氧气液体分离罐的补水口连接，所述氢气冷却罐的出水管与氢气液分离罐的补水口连接。

通过采用上述技术方案，氧气冷却罐中的纯水洗涤完氧气后经出水管排出至氧气液分离罐的补水罐中，氢气冷却罐中的纯水洗涤完氢气后经出水管排出至氢气液分离罐的补水罐中。如此设置，通过氧气冷却罐、氢气冷却罐、氧气液分离罐上的平衡口以及氢气液分离罐上的平衡口，以对氧气液分离罐内的压力以及氢气液分离罐内的压力进行平衡，以使氧气液分离罐以及氢气液分离罐保持在安全运行压力，进而使本申请系统能够保持在安全运行压力。且通过对氧气液分离罐以及氢气液分离罐进行补水，还能够保持氧气液分离罐以及氢气液分离罐内的液面高度，有助于氧气液分离罐以及氢气液分离罐内的碱液排出。

可选的，还包括出氧模块以及泄压模块，所述出氧模块包括氧气动薄膜阀，所述泄压模块包括氢气动薄膜阀，所述氢气动薄膜阀连接在氢气冷却罐的出气体口上，所述氧气动薄膜阀连接在氧气冷却罐的出气体口上。

通过采用上述技术方案，制氢过程中，通过对氢气动薄膜阀以及氧气薄膜阀设定所需打开压力，以使氢气达到一定压力后氢气动薄膜阀方会打开，如此设置使得氢气能够快速达到排氢压力需求。氧气压力过大时，氧气动薄膜阀打开幅度增大泄压，氢气压力过大时氢气动薄膜阀打开幅度增大泄压，如此协同调节，再与氧气液分离罐、氢气液分离罐、氧气冷却罐、氢气冷却罐组合调节，以进一步提高本申请系统的运行压力安全性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.由于第一气接头设置在塔体的下端、第二气接头设置在输气管的下端，且输气管的上端伸入至塔体内，使得氢气无论从第一气接头输入塔体或是从第二气接头输入塔体，均能与分子筛充分接触，提高了对氢气进行除水提纯的效果以及对分子筛进行除水还原的效果；

2.通过分散器以及除沫组件，对氢气与碱液混合物多级打散，有助于氢气与碱液分离以及碱液冷凝；

3.通过将氧气液分离罐以及氢气液分离罐的平衡口连接，并设置氧气冷却罐、氢气冷却罐、氧气动薄膜阀以及氢气动薄膜阀，从而对系统运行压力起到组合控制的作用，使得氢气能够维持在所需输出压力，且能够保障系统运作压力安全。

附图说明

图1是本申请实施例的结构示意图。

图2是本申请实施例中凸显制氢模块的结构示意图。

图3是本申请实施例中凸显气液分离模块以及补水模块的结构示意图。

图4是本申请实施例中凸显氧气冷却罐的结构示意图。

图5是本申请实施例中凸显分散器以及除沫组件的剖面示意图。

图6是本申请实施例中凸显出氧模块以及泄压模块的结构示意图。

图7是本申请实施例中凸显纯化模块以及循环提纯模块的结构示意图。

附图标记说明：

1、制氢模块；11、碱液入口；12、碱液出口；13、循环泵；14、碱液流量计；15、电解槽；151、氧气温度变送器；152、氢气温度变送器；16、碱液过滤器；17、碱液冷却罐；18、碱液温度变送器；2、气液分离模块；21、氧气液分离罐；211、分离罐体；212、进氮口；213、气液进口；214、气液出口；215、补水口；216、平衡口；217、碱液回流口；218、分离差压变送器；22、氢气液分离罐；23、氧气冷却罐；231、冷却罐体；2311、进纯水口；2312、出气体口；2313、进气管；2314、出水管；232、分散器；233、除沫组件；2331、除沫压板；2332、除沫网；234、冷却组件；2341、端板；2342、通气管；2343、进水接头；2344、出水接头；24、氢气冷却罐；25、氮气入口；26、进气控制组件；261、氮气二通阀；262、氮气单向阀；3、补水模块；31、纯水入口；32、补水罐；33、补水差压变送器；34、补水泵；35、纯水单向阀；4、出氧模块；41、氧旁通阀；42、氧卸荷阀；43、氧压力变送器；44、氧电接点压力表；45、氧气动薄膜阀；46、氧缓冲罐；461、氧气动二通阀；47、氧排空出口；48、氧出口；49、氧废液出口；5、泄压模块；51、氢旁通阀；52、氢卸荷阀；53、氢压力变送器；54、氢电接点压力表；55、氢气动薄膜阀；56、氢缓冲罐；57、氢泄压口；58、氢废液出口；6、纯化模块；61、钯触媒纯化罐；62、纯化冷却罐；7、循环提纯模块；71、进气主管；72、进气副管；73、提纯组件；731、干燥塔；7311、塔体；7312、输气管；7313、分子筛；7314、第一气接头；7315、第二气接头；732、干塔冷却罐；7321、第一循环接头；7322、第二循环接头；733、第一气动三通阀；734、第二气动三通阀；74、出气主管；75、出气副管；8、出氢模块；81、出氢管；82、出氢气动三通阀；83、背压阀；84、出氢第一压力变送器；85、出氢第二压力变送器；86、合格氢出口；87、劣氢出口；88、检测控制组件；881、检测管；882、减压阀；883、露点仪；884、氢中氧分析仪；885、排空管；89、氢仪表排空口；9、冷却模块；91、冷却水塔；92、冷却泵；93、制氢冷却入口；94、纯化冷却入口；95、制氢冷却出口；96、纯化冷却出口。

具体实施方式

以下结合附图1-图7对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种氢气制备及提纯系统。参照图1，氢气制备及提纯系统包括用于产生氢气的制氢模块1、用于分离氢气与液体以及氧气与液体的气液分离模块2、用于补充纯水的补水模块3、用于排出氧气的出氧模块4、用于平衡管道内压力的泄压模块5、用于提纯氢气的纯化模块6、用于降低氢气内水含量的循环提纯模块7、用于排出氢气的出氢模块8以及用于循环冷却水的冷却模块9。

参照图1、图2，制氢模块1包括用于供碱液输入的碱液入口11、用于供碱液输出的碱液出口12、两个循环泵13、用于检测碱液流量的碱液流量计14、用于电解水制氢的电解槽15、用于对碱液中杂质进行过滤的碱液过滤器16以及两个用于对碱液进行冷却的碱液冷却罐17。

参照图2，碱液入口11通过管道与两循环泵13的进液口连接，碱液入口11与两循环泵13连接的管道上安装有碱液温度变送器18，以检测碱液的温度。两循环泵13的出液口均通过管道与碱液流量计14的进液口连接，碱液流量计14的出液口的通过管道分别与碱液出口12以及电解槽15的进液口连接。通过设置多个循环泵13，即可使任一循环泵13故障或是需要定期维护时，另一循环泵13能够继续对碱液进行循环输送，以保障碱液循环输送的可靠性。

参照图2，碱液冷却罐17的进液口位于碱液冷却罐17的下端，碱液冷却罐17的出液口位于碱液冷却罐17的上端，即碱液冷却罐17的出液口位于进液口上方。其中一个碱液冷却罐17的进液口通过管道与碱液过滤器16的出液口连接、出液口通过管道与另一碱液冷却罐17的进液口连接，另一碱液冷却罐17的出液口通过管道连接在碱液入口11与两循环泵13的进液口连接的管道上，且连接处位于碱液温度变送器18靠近碱液入口11的一侧，即碱液温度变送器18对碱液入口11输入的碱液以及碱液冷却罐17输出的碱液汇流后的碱液进行测温。

参照图3，气液分离模块2包括用于分离氧气与液体的氧气液分离罐21、用于分离氢气与液体的氢气液分离罐22、用于对氧气进行冷却的氧气冷却罐23、用于对氢气进行冷却的氢气冷却罐24、用于供氮气输入的氮气入口25以及用于限制氮气输入的两组进气控制组件26。

参照图3，氧气液分离罐21包括分离罐体211、进氮口212、气液进口213、气液出口214、补水口215、平衡口216、碱液回流口217以及分离差压变送器218。进氮口212以及气液出口214均开设在分离罐体211的顶壁上，补水口215以及气液进口213均开设在分离罐体211的下端侧壁上，气液进口213、平衡口216以及碱液回流口217均开设在分离罐体211的底壁上。分离差压变送器218安装在分离罐体211上，以检测分离罐体211内的液位高度以及压力。

参照图3，氢气液分离罐22的结构与氧气液分离罐21的结构一致，此处不再赘述。

参照图1-图3，电解槽15的其中一个出气口用于输出氧气，电解槽15的另一个出气口用于输出氢气。电解槽15用于输出氧气的出气口通过管道与氧气液分离罐21的进气口连接，且连接电解槽15用于输出氧气的出气口与氧气液分离罐21的气液进口213的管道上安装有氧气温度变送器151，以检测氧气温度。电解槽15用于输出氢气的出气口通过管道与氢气液分离罐22的气液进口213连接，且连接电解槽15用于输出氢气的出气口与氢气液分离罐22的进气口的管道上安装有氢气温度变送器152，以检测氢气温度。由于电解槽15输出的氧气以及氢气内均夹带碱液，因此需通过氧气液分离罐21以及氢气液分离罐22分别对氧气与碱液以及氢气与碱液进行分离。氧气液分离罐21以及氢气液分离罐22的碱液回流口217均通过管道与碱液过滤器16的进液口连接。

参照图3，两组进气控制组件26分别用于控制氧气液分离罐21以及氢气液分离罐22进氮气，进气控制组件26包括氮气二通阀261以及氮气单向阀262，氮气二通阀261的两端分别通过管道与氮气入口25以及氮气单向阀262连接，氮气单向阀262用于使氮气沿氮气入口25至氮气二通阀261的方向流动，以限制氮气、氧气或氢气回流。用于控制氧气液分离罐21内进氮的进气控制组件26中的氮气单向阀262远离气动二通阀的一端通过管道连接在氧气液分离罐21的进氮口212上，用于控制氢气液分离罐22内进氮的进气控制组件26中的氮气单向阀262远离气动二通阀的一端通过管道连接在氢气液分离罐22的进氮口212上。

参照图3，初启动本申请系统时，通过氮气入口25以及两组进气控制组件26向氧气液分离罐21以及氢气液分离罐22内注入氮气，以排出其余气体，由于氮气为安全的惰性气体，能够保障系统刚启动时的运作安全性。

参照图4、图5，氧气冷却罐23包括冷却罐体231、用于打散气体的分散器232、用于进一步打散气体的除沫组件233以及用于冷却气体的冷却组件234。冷却罐体231上开设有进纯水口2311以及出气体口2312，进纯水口2311位于冷却罐体231侧壁上，出气体口2312位于冷却罐体231的顶部侧壁上。冷却罐体231上固定有进气管2313以及出水管2314，出气体口2312位于进纯水口2311远离进气管2313的一侧。进气管2313为弯管，进气管2313的一端经冷却罐体231的底壁伸入至冷却罐体231内，进气管2313的另一端位于冷却罐体231外，进气管2313于冷却罐体231内的管道开口朝下，进气管2313于冷却罐体231内端部位于进纯水口2311的下方。出水管2314的一端经冷却罐体231的底壁伸入至冷却罐体231内，出水管2314的另一端位于冷却罐体231外。分散器232套设固定在出水管2314上，进气管2313于冷却罐体231内的端部伸入至分散器232内。

参照图5，除沫组件233位于进纯水口2311的下侧，除沫组件233包括开设有通孔的除沫压板2331以及填充在冷却罐体231内的除沫网2332，除沫压板2331位于进气管2313以及分散器232的上方，除沫网2332位于除沫压板2331的下方。

参照图5，冷却组件234设置在出气体口2312与进纯水口2311之间，冷却组件234包括两块固定在冷却罐体231内壁上的端板2341、多根固定在两端板2341之间的通气管2342、用于进冷却水的进水接头2343以及用于出冷却水的出水接头2344，进水接头2343以及出水接头2344位于两端板2341之间，且进水接头2343与出水接头2344均固定在冷却罐体231上。

参照图3，氢气冷却罐24的结构与氧气冷却罐23的结构一致，此处不再赘述。

参照图3，氧气冷却罐23的进气管2313通过管道与氧气液分离罐21的气液出口214通过管道连接，氢气冷却罐24的进气管2313通过管道与氢气液分离罐22的气液出口214通过管道连接。氧气液分离罐21的回流口与氢气液分离罐22的回流口通过管道连接。氧气冷却罐23的出水管2314通过管道与氧气液分离罐21的补水口215连接，氢气冷却罐24的出水管2314通过管道与氢气液分离罐22的补水口215连接。

参照图3、图5，氧气冷却罐23使用时，需先通过进纯水口2311注入纯水，纯水充满冷却罐体231的内底部、分散器232内以及除沫网2332内。还需通过进水接头2343注入冷却水，冷却水充满通气管2342之间的间隙后，由出水接头2344流出。经氧气液分离罐21的气液出口214排出的氧气经进气管2313进入冷却罐体231后，先进入分散器232中，分散器232中的纯水对氧气进行洗涤，以洗去氧气中还夹带的碱液。氧气向上逸散并离开分散器232时，分散器232对氧气进行打散。离开分散器232的氧气继续向上逸散，除沫网2332对氧气进行进一步打散，纯水对除沫网2332中的氧气继续洗涤。离开除沫网2332的氧气进入通气管2342中，经冷却水冷却后，氧气中的碱液与水冷却并下落，经过冷却以及提纯的氧气由出气体口2312排出，下落的碱液与水以及洗涤氧气的水经由出水管2314道排放至氧气液分离罐21的补水口215。如此设置的氧气冷却罐23不仅能对氧气进行降温，还能够对氧气进行多道提纯。

参照图3，氢气冷却罐24使用原理与氧气冷却罐23一致，此处不再赘述。

参照图3，补水模块3包括纯水入口31、用于蓄水的补水罐32、用于检测补水罐32内液位的补水差压变送器33、两个传输纯水的补水泵34以及两个用于限制纯水回流的纯水单向阀35，纯水入口31通过管道与补水罐32的进水口连接，补水差压变送器33安装在补水罐32上。根据补水差压变送器33所测得的液位数据，以判断补水罐32内的蓄水量，液位过低时，通过纯水入口31向补水罐32内补水即可。

参照图3，补水罐32的出水口通过管道与两个补水泵34的进水口连接，两补水泵34的出水口通过管道连接，氧气冷却罐23以及氢气冷却罐24的进气管2313均通过管道连接在用于两补水泵34出水口的管道上。两个纯水单向阀35分别安装在氧气冷却罐23的进气管2313以及氢气冷却罐24的进气管2313与补水泵34进水口连接的管道上。通过设置多个补水泵34，即可使任一补水泵34故障或是需要定期维护时，另一补水泵34能够继续对碱液进行循环输送，以保障碱液循环输送的可靠性。

参照图3，补水时，通过补水泵34抽取纯水罐内的纯水分别输入氧气冷却罐23以及氢气冷却罐24即可。

参照图3，根据氧气液分离罐21以及氢气液分离罐22上的分离差压变送器218所测得的液位以及压力信息，控制补水模块3的补纯水量。如此即可使液位保障在一定高度，一方面便于分离出的碱液排出，另一方面通过管道连接氧气液分离罐21的平衡口216以及氢气液分离罐22的平衡口216，能够保持氧气液分离罐21以及氢气液分离罐22内的液位平衡以及气压相对平衡，从而保障系统的运行安全。

参照图6，出氧模块4包括氧旁通阀41、氧卸荷阀42、氧压力变送器43、氧电接点压力表44、氧气动薄膜阀45、氧缓冲罐46、氧排空出口47、氧出口48以及氧废液出口49。

参照图6，氧气冷却罐23的出气体口2312与氧气动薄膜阀45的其中一个接口通过管道连接，氧气动薄膜阀45的另一个接口通过管道与氧缓冲罐46的进气口连接，氧气冷却罐23与氧气动薄膜阀45的连接管道内的氧气达到一定压力后，氧气动薄膜阀45打开，以使氧气进入氧缓冲罐46中。氧压力变送器43以及氧电接点压力表44均安装在氧气动薄膜阀45与氧气冷却罐23连接的管道上，氧电接点压力表44用于显示氧气压力。

参照图6，氧旁通阀41的其中一个接口通过管道连接在氧气动薄膜阀45与氧气冷却罐23连接的管道上，氧旁通阀41的另一个接口通过管道连接在氧排空出口47上。氧压力变送器43用于控制氧旁通阀41启闭，氧压力变送器43检测到的气压达到一定数值时，氧旁通阀41打开，以使氧气通过氧排空出口47排出。

参照图6，氧卸荷阀42的其中一个接口通过管道连接在氧气动薄膜阀45与氧气冷却罐23连接的管道上，氧卸荷阀42的另一个接口通过管道连接在氧旁通阀41与氧排空出口47连接的管道上。氧气冷却罐23与氧气动薄膜阀45连接的管道中的气体压力过大时，氧卸荷阀42打开排放氧气。氧卸荷阀42的开启压力大于氧旁通阀41的开启压力，氧卸荷阀42与氧旁通阀41同时打开时，氧卸荷阀42起到了辅助泄压的作用，氧旁通阀41或是氧压力变送器43损坏时，氧卸荷阀42独立进行泄压，通过氧卸荷阀42能够进一步提高了本申请系统的运行安全。

参照图6，氧缓冲罐46的出气口通过管道与氧出口48连接，氧缓冲罐46的出液口通过管道与氧废液出口49连接，连接氧缓冲罐46出液口与氧出口48的管道上安装有氧气动二通阀461。每间隔一定时间控制氧气动二通阀461打开，使得氧缓冲罐46内的废液能够排出。

参照图6，泄压模块5包括氢旁通阀51、氢卸荷阀52、氢压力变送器53、氢电接点压力表54、氢气动薄膜阀55、氢缓冲罐56、氢泄压口57以及氢废液出口58。

参照图6，氢气冷却罐24的出气体口2312与氢气动薄膜阀55的其中一个接口通过管道连接，氢气动薄膜阀55的另一个接口通过管道与氢缓冲罐56的进气口连接，氢气冷却罐24与氢气动薄膜阀55的连接管道内的氢气达到一定压力后，氢气动薄膜阀55打开，以使氢气进入氢缓冲罐56中。氢压力变送器53以及氢电接点压力表54均安装在氢气动薄膜阀55与氢气冷却罐24连接的管道上，氢电接点压力表54用于显示氢气压力。

参照图6，氢旁通阀51的其中一个接口通过管道连接在氢气动薄膜阀55与氢气冷却罐24连接的管道上，氢旁通阀51的另一个接口通过管道连接在氢泄压口57上。氢压力变送器53用于控制氢旁通阀51启闭，氢压力变送器53检测到的气压达到一定数值时，氢旁通阀51打开，以使氢气通过氢泄压口57排出。

参照图6，氢卸荷阀52的其中一个接口通过管道连接在氢气动薄膜阀55与氢气冷却罐24连接的管道上，氢卸荷阀52的另一个接口通过管道连接在氢旁通阀51与氢泄压口57连接的管道上。氢气冷却罐24与氢气动薄膜阀55连接的管道中的气体压力过大时，氢卸荷阀52打开排放氢气。氢卸荷阀52的开启压力大于氢旁通阀51的开启压力，氢卸荷阀52与氢旁通阀51同时打开时，氢卸荷阀52起到了辅助泄压的作用，氢旁通阀51或是氢压力变送器53损坏时，氢卸荷阀52独立进行泄压，通过氢卸荷阀52能够进一步提高了本申请系统的运行安全。

参照图3、图6，通过在设置氧气动薄膜阀45以及氢气动薄膜阀55，若氧气压力过大时，氧气动薄膜阀45打开并释放氧气，若氢气压力过大时，氢气动薄膜阀55打开并释放氢气，即氢气压力以及氧气压力能够自动进行调整。如此一方面使得氧气液分离罐21以及氢气液分离罐22内的压力能够相对平衡，进一步保障了系统的安全性，另一方面对于氢气压力有特殊需求的购买者，如此设置使得系统内的氢气压力能够快速达到排氢压力需求，以使输出的氢气达到购买者所需的压力需求。

参照图7，纯化模块6包括钯触媒纯化罐61以及纯化冷却罐62，钯触媒纯化罐61的进气口通过管道与氧缓冲罐46的出气口连接，钯触媒纯化罐61的出气口与纯化冷却罐62的进气口连接。钯触媒纯化罐61的进气口以及出气口均设置在钯触媒纯化罐61的下端，以使进入钯触媒纯化罐61内的氢气先于钯触媒纯化罐61的内部顶端堆积，待氢气积累一定量后，在气压的作用逐渐下移充满整个钯触媒纯化罐61，如此使得氢气能够与钯触媒纯化罐61内的钯触媒充分反应，有效减少氢气内的氧气、碱液以及其他杂质。

参照图7，经过钯触媒纯化罐61提纯后的氢气温度较高，输入纯化冷却罐62后温度得到有效降低，且其中的液体冷凝，进一步提高了氢气的纯度。

参照图7，循环提纯模块7包括进气主管71、进气副管72、三组提纯组件73、出气主管74以及出气副管75，提纯组件73包括干燥塔731、用于对氢气进行冷却的干塔冷却罐732、第一气动三通阀733以及第二气动三通阀734，进气主管71的一端固定在纯化冷却罐62的出气口上。

参照图7，干塔冷却罐732上设置有第一循环接头7321以及第二循环接头7322，第一循环接头7321以及第二循环接头7322均用于供气体进出干塔冷却罐732的内腔，第一循环接头7321固定在干塔冷却罐732的顶端，第二循环接头7322固定在干塔冷却罐732的侧壁底部。第一气动三通阀733的三个接口分别通过管道与进气主管71、进气副管72以及第一循环接头7321连接，通过第一气动三通阀733，以使第一循环接头7321与进气主管71或是进气副管72连通。

参照图7，干燥塔731包括塔体7311、输气管7312、分子筛7313、第一气接头7314以及第二气接头7315，输气管7312固定在塔体7311上，输气管7312的上端为开口，且输气管7312的上端位于塔体7311内。输气管7312的下端伸出至塔体7311外，输气管7312的下端为闭口。分子筛7313填充在塔体7311内壁与输气管7312之间内，以用于进行水分交换。

参照图7，第一气接头7314固定在塔体7311的下端，第一气接头7314的内腔与干燥塔731的内腔相连通。第二气接头7315固定在输气管7312的下端上，且第二气接头7315的内腔与输气管7312的内腔相连通。如此设置，由第一气接头7314输入气体时，气体经输气管7312进入塔体7311内并于塔体7311内腔的顶端聚集，随着气体不断注入，气体堆叠并下移，从而经过分子筛7313，最终由第二气接头7315排出。由第二气接头7315输入气体时，气体同样于塔体7311内腔的顶端聚集，直至塔体7311内充满气体，此时继续输入气体，气体由塔体7311内腔的顶端进入输气管7312，最终由第一气接头7314排出。

参照图7，第二循环接头7322与第一气接头7314通过管道连接，第二气动三通阀734的三个接口分别通过管道与出气主管74、出气副管75以及第二气接头7315连接，通过第二气动三通阀734，以使第二气接头7315与进气主管71或是进气副管72连通。

参照图7，第一气动三通阀733使第一循环接头7321与进气主管71连接，且第二气动三通阀734时第二气接头7315与出气副管75连接时，氢气先进入干塔冷却罐732，氢气中的液体冷凝排出，冷却后的氢气进入干燥塔731中，经分子筛7313吸收水分提纯后排出至出气副管75中，如此设置，提纯组件73处于预工作工位。

参照图7，第一气动三通阀733使第一循环接头7321与进气副管72连接，且第二气动三通阀734时第二气接头7315与出气副管75连接时。经另一组提纯组件73干燥提纯的氢气由出气副管75经第二气接头7315进入干燥塔731中，并吸收分子筛7313上的水，以对分子筛7313进行还原。而后氢气经输气管7312、第一气接头7314以及第二循环接头7322进入干塔冷却罐732中，氢气携带气体经干塔冷却罐732冷凝排出。冷却后的氢气进经第一循环接头7321进入进气副管72中。如此设置，提纯组件73处于再生工位。

参照图7，第一气动三通阀733使第一循环接头7321与进气副管72连接，且第二气动三通阀734时第二气接头7315与出气主管74连接时。进气副管72中的氢气经第一循环接头7321进入干塔冷却罐732中，氢气中的液体冷凝排出，冷却后的氢气进入干燥塔731中，经分子筛7313吸收水分提纯后排出至出气主管74中。如此设置，提纯组件73处于工作工位。

参照图7，通过第一气动三通阀733以及第二气动三通阀734，以使三组提纯组件73分别处于不同的工位，纯化冷却罐62排出的氢气先经过处于预工作工位的提纯组件73以降低氢气中的含水量，然后经过处于再生工位的提纯组件73以对分子筛7313进行还原，最后经过处于工作工位的提纯组件73以对氢气进行进一步的去水提纯。

参照图7，经过一定时间后，同时对三组提纯组件73的第一气动三通阀733以及第二气动三通阀734进行调节，以使原处于预工作工位的提纯组件73切换至再生工位，原处于再生工位的提纯组件73切换至工作工位，原处于工作工位的提纯组件73切换至与工作工位。相较于设置一组干燥塔731，如此切换，即可使循环提纯模块7能够持续长时间对氢气进行去水提纯，而无需停机更换分子筛7313。

参照图7，出氢模块8包括出氢管81、出氢气动三通阀82、背压阀83、出氢第一压力变送器84、出氢第二压力变送器85、合格氢出口86、劣氢出口87、检测控制组件88以及氢仪表排空口89。出氢管81的两端分别与出气主管74以及出氢气动三通阀82的其中一个接口连接，出氢气动三通阀82的其余两个接口分别通过管道与合格氢出口86以及劣氢出口87连接。

参照图7，背压阀83安装在出氢管81上，通过启闭背压阀83以控制实现出氢管81导通与关闭。出氢第一压力变送器84以及出氢第二压力变送器85均安装在出氢管81上，出氢第一压力变送器84与出氢管81的连接处位于背压阀83靠近出氢气动三通阀82的一侧，以检测背压阀83输出的气体压力。出氢第二压力变送器85与出氢管81的连接处位于背压阀83远离出氢气动三通阀82的一侧，以检测背压阀83输入的气体压力。

参照图7，检测控制组件88包括检测管881、减压阀882、露点仪883、氢中氧分析仪884以及排空管885，检测管881的一端连接在排气主管上，检测管881的另一端与减压阀882的进气口连接，减压阀882的出气口通过分别与露点仪883以及氢中氧分析仪884的进气口连接。露点仪883的排气口以及氢中氧分析仪884的排气口均通过管道与氢仪表排空口89连接，以使露点仪883以及氢中氧分析仪884中的氢气能够排出。

参照图7，露点仪883用于检测氢气中的水含量，氢中氧分析仪884用于检测氢气中的氧气含量，露点仪883、氢中氧分析仪884以及出氢第二压力变送器85三者共同控制出氢气动三通阀82，氢气中的含水量、含氧量以及氢气压力均符合要求时，出氢气动三通阀82连通出氢管81以及合格氢出口86。氢气中的含水量或含氧不符合要求时，出氢气动三通阀82连通出氢管81与劣氢出口87。

参照图7，通过检测控制组件88在氢气排出前对氢气进行检测，能够有效保障输出的氢气符合生产要求，大批量生产氢气时能够显著提高产出的氢气的质量。

参照图1，冷却模块9包括冷却水塔91、冷却泵92、制氢冷却入口93、纯化冷却入口94、制氢冷却出口95以及纯化冷却出口96。冷却水塔91的出水口通过管道与冷却泵92的进水口连接，冷却泵92的出水口通过管道分别与制氢冷却入口93以及纯化冷却入口94连接。

参照图1、图3，制氢冷却入口93通过管道连与氢气冷却罐24的进水接头2343连接，氢气冷却罐24的出水接头2344通过管道与氧气冷却罐23的进水接头2343连接，氧气冷却罐23的出水接头2344与其中一个碱液冷却罐17的进水口连接，自身进水口通过管道与氧气冷却罐23连接的碱液冷却罐17的出水口与另一碱液冷却罐17的进水口通过管道连接，自身进水口通过管道与另一碱液冷却罐17的出水口来接的碱液冷却罐17的出水口通过管道与制氢冷却出口95连接。连接碱液冷却罐17出水口与制氢冷却出口95的管道上连接有氢冷却薄膜阀，如此设置能够使用于对氢气、氧气以及碱液冷却的冷却水保持一定水压，以使输送上述冷却水的管道、氧气冷却罐23内腔、氢气冷却罐24内腔以及碱液冷却罐17内腔中均能够充满冷却水，从而起到充分冷却的作用。

参照图1，对氢气以及氧气进行冷却时，氢气以及氧气中夹杂的液体的冷凝效果与冷却水温度直接相关。如此设置的冷却水路，能够优先对氢气进行降温，再对氧气进行降温，最后对碱液进行降温，有效提高了氢气中夹杂的液体的冷凝效果，从而提高了氢气的纯度。

参照图1、图7，纯化冷却出口96通过管道与纯化冷却罐62的进水口连接，其中一个干塔冷却罐732的进水口通过管道与纯化冷却管的出水口连接，另一个干塔冷却罐732的出水口通过管道与纯化冷却出口96连接，其余一个干塔冷却罐732的进水口通过管道连接在与纯化冷却罐62连接的干塔冷却罐732的出水口上纯化冷却罐62的出水口上、出水口通过管道连接在与纯化冷却罐62出口连接的干塔冷却罐732的进水口上。

参照图1，制氢冷却出口95以及纯化冷却出口96均通过管道连接在冷却水塔91上，以使冷却水能够循环回冷却水塔91中。

本申请实施例一种氢气制备及提纯系统的实施原理为：生产氢气时，先通过制氢模块1制造氢气以及氧气，气液分离模块2对氢气与液体以及氧气与液体进行分离。分离提纯后的氧气经出氧模块4排出，分离提纯后的氢气经泄压模块5输入纯化模块6，由纯化模块6去除氢气中的氧气、碱液以及其他杂质。经纯化模块6提纯后的氢气输入循环提纯模块7，以进一步去水提纯，最后输入出氢模块8，经出氢模块8检测合格后排出。

如此设置，通过多道不同提纯，能够对极大提高产出的氢气的纯度，且排氢压力能够直接达到用氢压力需求。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氢气制备及提纯系统，包括用于电解水制氢的制氢模块(1)，其特征在于：还包括循环提纯模块(7)，所述循环提纯模块(7)包括提纯组件(73)，所述提纯组件(73)包括干燥塔(731)，所述干燥塔(731)包括塔体(7311)、输气管(7312)、分子筛(7313)、第一气接头(7314)以及第二气接头(7315)，所述输气管(7312)的上端位于塔体(7311)内，所述输气管(7312)的下端伸出至塔体(7311)外，所述分子筛(7313)填充在塔体(7311)内壁与输气管(7312)之间内，所述第一气接头(7314)设置在塔体(7311)的下端，所述第二气接头(7315)设置在输气管(7312)的下端上。

2.根据权利要求1所述的一种氢气制备及提纯系统，其特征在于：还包括出氢模块(8)，所述出氢模块(8)包括出氢管(81)、出氢气动三通阀(82)、合格氢出口(86)、劣氢出口(87)以及检测控制组件(88)，所述循环提纯模块(7)用于将氢气输送至出氢管(81)，所述出氢气动三通阀(82)的三个接口分别与出氢管(81)、合格氢出口(86)以及劣氢出口(87)连接，所述检测控制组件(88)用于对氢气进行检测并用于控制出氢气动三通阀(82)连通出氢管(81)与合格氢出口(86)，所述检测控制组件(88)还用于控制出氢气动三通阀(82)连通出氢管(81)与劣氢出口(87)。

3.根据权利要求2所述的一种氢气制备及提纯系统，其特征在于：所述出氢模块(8)还包括背压阀(83)以及出氢第一压力变送器(84)，所述背压阀(83)安装在出氢管(81)上并用于控制出氢管(81)导通与关闭，所述出氢第一压力变送器(84)用于检测背压阀(83)输出的压力，所述出氢第一压力变送器(84)还用于控制出氢气动三通阀(82)与连通出氢管(81)与合格氢出口(86)。

4.根据权利要求1所述的一种氢气制备及提纯系统，其特征在于：还包括气液分离模块(2)，所述气液分离模块(2)包括用于分离氢气与液体的氢气液分离罐(22)以及用于分离氧气与液体的氧气液分离罐(21)，所述氧气液分离罐(21)包括分离罐体(211)以及开设在分离罐体(211)底壁上的平衡口(216)，所述氢气液分离罐(22)的结构与氧气液分离罐(21)的结构一致，所述氧气液分离罐(21)的平衡口(216)与氢气液分离罐(22)的平衡口(216)连接。

5.根据权利要求4所述的一种氢气制备及提纯系统，其特征在于：所述气液分离模块(2)还包括氢气冷却罐(24)，所述氢气冷却罐(24)包括冷却罐体(231)、进气管(2313)以及出水管(2314)，所述进气管(2313)的一端伸入至冷却罐体(231)内，所述出水管(2314)的一端伸入至冷却罐体(231)内，所述冷却罐体(231)的侧壁上开设有出气体口(2312)以及进纯水口(2311)，所述出气体口(2312)位于进纯水口(2311)远离进气管(2313)的一侧，所述进纯水口(2311)位于进气管(2313)于冷却罐体(231)内的端部的上方。

6.根据权利要求5所述的一种氢气制备及提纯系统，其特征在于：所述氢气冷却罐(24)还包括分散器(232)以及除沫组件(233)，所述除沫组件(233)包括填充在冷却罐体(231)内的除沫网(2332)，所述进气管(2313)于冷却罐体(231)内的端部伸入至分散器(232)内。

7.根据权利要求5所述的一种氢气制备及提纯系统，其特征在于：所述氢气液分离罐(22)上开设有补水口(215)，所述气液分离模块(2)还包括结构与氢气冷却罐(24)一致的氧气冷却罐(23)，所述氧气冷却罐(23)的出水管(2314)与氧气液体分离罐的补水口(215)连接，所述氢气冷却罐(24)的出水管(2314)与氢气液分离罐(22)的补水口(215)连接。

8.根据权利要求7所述的一种氢气制备及提纯系统，其特征在于：还包括出氧模块(4)以及泄压模块(5)，所述出氧模块(4)包括氧气动薄膜阀(45)，所述泄压模块(5)包括氢气动薄膜阀(55)，所述氢气动薄膜阀(55)连接在氢气冷却罐(24)的出气体口(2312)上，所述氧气动薄膜阀(45)连接在氧气冷却罐(23)的出气体口(2312)上。

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