CN117208848A - 一种电解水制氢气干燥系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解水制氢气干燥系统及方法，所述系统包括第一干燥器、第二干燥器、再生电加热器、再生干燥器、冷却器和汽水分离器；饱和湿氢气管路经过第一管路与分别与第一干燥器和第二干燥器相连；饱和湿氢气管路经过第二管路依次连接再生气干燥器和再生电加热器，所述再生电加热器的出口分别与第一干燥器和第二干燥器相连，第一干燥器和第二干燥器经过第三管路与冷却器、汽水分离器依次相连；本发明通过将干燥器与加热器分开设置，使得干燥器内床层温度场和气流场比较均匀，干燥剂利用率高，保证干燥和再生效果。

Description

一种电解水制氢气干燥系统及方法

技术领域

本发明属于电解水制氢气体纯化领域，具体涉及一种电解水制氢气体干燥系统及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

氢能作为一种新型清洁的低碳能源载体，资源丰富，无污染物排放。目前燃料电池、电子、半导体等领域对使用氢气露点具有较高的要求。电解水制氢氢气经过催化脱氧后含有饱和水分，其水含量不满足要求。因此必须设计一种绿色安全的干燥系统，降低气体中水分含量，达到用户使用要求。

现有的干燥系统，加热器和干燥器设置为一体化设备，即加热器内置于干燥器内，虽然集干燥、加热功能与一体，减少了单体设备数量，但正是这种设备结构导致干燥和再生时设备内温度场不均匀，气流分布不均匀，干燥剂床层容易形成局部死区，干燥剂利用率不高，干燥和再生效果降低，进而致使产品氢气露点难以达到使用要求，且每台干燥器都对应一台冷却器和汽水分离器，设备数量多，利用率不高，不仅造成干燥撬装设备尺寸偏大，投资较高，且再生过程中，存在氢气排放损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种电解水制氢气干燥系统，通过将干燥器与加热器分开设置，使得干燥器内床层温度场和气流场比较均匀，干燥剂利用率高，保证干燥和再生效果。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种电解水制氢气干燥系统，包括第一干燥器、第二干燥器、再生电加热器、再生干燥器、冷却器和汽水分离器；饱和湿氢气管路经过第一管路与分别与第一干燥器和第二干燥器相连；饱和湿氢气管路经过第二管路依次连接再生气干燥器和再生电加热器，所述再生电加热器的出口分别与第一干燥器和第二干燥器相连，第一干燥器和第二干燥器经过第三管路与冷却器、汽水分离器依次相连；所述第一干燥器与第三管路之间的管路上连接第一支路，所述第二干燥器与第三管路之间的管路上连接第二支路，所述第一支路和第二支路分别与第二管路相连。

作为进一步的技术方案，所述第一干燥器和第二干燥器还与产品气输出管路相连。

作为进一步的技术方案，所述第一干燥器与产品气输出管路相连的管路上设置第一气动球阀，所述第二干燥器与产品气输出管路相连的管路上设置第二气动球阀。

作为进一步的技术方案，所述再生电加热器与第一干燥器相连的管路上设置第三气动球阀，所述再生电加热器与第二干燥器相连的管路上设置第四气动球阀。

作为进一步的技术方案，所述第一管路上设置控制阀，第一管路与第一干燥器相连的管路上设置第五气动球阀，第一管路与第二干燥器相连的管路上设置第六气动球阀。

作为进一步的技术方案，所述第一干燥器与冷却器相连的管路上设置第七气动球阀，所述第二干燥器与冷却器相连的管路上设置第八气动球阀。

作为进一步的技术方案，所述第一支路上设置第九气动球阀，所述第二支路上设置第十气动球阀。

作为进一步的技术方案，所述第二管路与再生气干燥器相连的管路上设置第十一气动球阀。

作为进一步的技术方案，所述第二管路和第三管路还通过第三支路相连通，所述第三支路上设置第十二气动球阀。

第二方面，本发明的实施例提供了一种电解水制氢气干燥方法，包括：

第一干燥器和第二干燥器交替进行以下过程：

干燥过程：饱和湿氢气进入第一干燥器内，在第一干燥器内进行吸附干燥，产生合格氢气；

再生过程：再生气先到再生干燥器中进行干燥，然后再经过再生电加热器加热后，对第二干燥器的床层进行加热再生；

冷却过程：吹冷气进入被加热的第二干燥器床层，将热量带出，再经过再生电加热器加热后，进入再生干燥器，对再生干燥器进行加热再生，最后在汽水分离器中分离掉冷凝水。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

本发明提供的电解水制氢气干燥系统及方法，通过将干燥器与加热器分开设置，干燥内床层温度场和气流场比较均匀，干燥剂利用率高，保证干燥和再生效果；同时，除了两台干燥器之外仅需再设置一台再生电加热器、一台再生冷却器和一台汽水分离即可实现氢气的干燥过程，不仅简化了流程，减少了设备总体台数，缩小了撬装框架的尺寸，即减少了投资，又减少了设备维护数量和运行费用。

本发明提供的电解水制氢气干燥系统及方法，采用自身原料气作为再生气，氢气无需排放，没有氢气损失。另外，气液分离器的冷凝液设置自动回收控制系统，实现了无废液排放，无环境污染，绿色安全环保。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的电解水制氢气干燥系统的结构示意图。

示意图仅作示意使用；

其中，1、第一干燥器；2、第二干燥器；3、再生电加热器；4、再生气干燥器；5、冷却器；6、汽水分离器；7、饱和湿氢气管路；8、第一管路；9、第二管路；10、第三管路；11、产品气输出管路；12、第一支路；13、第二支路；14、第三支路；15、第一气动球阀；16、第二气动球阀；17、第三气动球阀；18、第四气动球阀；19、第五气动球阀；20、第六气动球阀；21、第七气动球阀；22、第八气动球阀；23、第九气动球阀；24、第十气动球阀；25、第十一气动球阀；26、十二气动球阀；27、第一控制阀；28、第二控制阀。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种电解水制氢气干燥系统，包括第一干燥器1、第二干燥器2、再生电加热器3、再生干燥器4、冷却器5和汽水分离器6；饱和湿氢气管路7经过第一管路8与分别与第一干燥器1和第二干燥器2相连；饱和湿氢气管路7经过第二管路9依次连接再生气干燥器4和再生电加热器3，所述再生电加热器3的出口分别与第一干燥器1和第二干燥器2相连，第一干燥器1和第二干燥器2经过第三管路10与冷却器5、汽水分离器6依次相连；所述第一干燥器1与第三管路10之间的管路上连接第一支路12，所述第二干燥器2与第三管路10之间的管路上连接第二支路13，所述第一支路12和第二支路13分别与第二管路9相连。

进一步地，所述第一干燥器1和第二干燥器2还与产品气输出管路11相连。

为了实现对整个系统工作过程的控制，系统中的管路上设置有多个气动球阀。

具体的，所述第一干燥器1与产品气输出管路11相连的管路上设置第一气动球阀15，所述第二干燥器2与产品气输出管路11相连的管路上设置第二气动球阀16。所述再生电加热器3与第一干燥器1相连的管路上设置第三气动球阀17，所述再生电加热器3与第二干燥器2相连的管路上设置第四气动球阀18。所述第一管路8上设置第一控制阀27，第一管路8与第一干燥器1相连的管路上设置第五气动球阀19，第一管路8与第二干燥器2相连的管路上设置第六气动球阀20。

进一步地，所述第一干燥器1与冷却器5相连的管路上设置第七气动球阀21，所述第二干燥器2与冷却器5相连的管路上设置第八气动球阀22。

进一步地，所述第一支路12上设置第九气动球阀23，所述第二支路13上设置第十气动球阀24。所述第二管路9与再生气干燥器4相连的管路上设置第十一气动球阀25。

所述第二管路9和第三管路10还通过第三支路14相连通，所述第三支路14上设置第十二气动球阀26。

在本实施例中，汽水分离器6的排液管路上还设置有第二控制阀28，汽水分离器6的气体出口经过管路与饱和湿氢气管路相连。

因为每台干燥器吸附水量有限，工作一段时间后吸附剂需要加热再生才能继续进行干燥工作，因此该干燥系统的第一干燥器1和第二干燥器2周期循环操作，每个周期分为干燥阶段和再生阶段，再生阶段又分为加热和冷却两个过程。在本实施例中，每个循环周期为16h，其中干燥阶段为8h，加热再生为4h，吹冷为4h，具体如表1所示。各阶段具体时间可根据吸附剂装填量，循环周期等实际情况作具体调整。

表1工作时间表

本实施例提供的电解水制氢气干燥系统的工作过程如下：

Ⅰ阶段：第二干燥器2处于干燥状态，第一干燥器1处于再生和冷却过程：

(1)干燥过程：饱和湿氢气(原料气)经过第一控制阀27、第六气动球阀20，由第二干燥器2的顶部进入，在第二干燥器2内进行吸附干燥，气流方向从上向下，经第二干燥器2干燥合格的产品氢气再经过第二气动球阀16经过产品气输出管路11送往下游储罐或者用户。

(2)再生过程：再生气由第一控制阀27前的饱和湿氢气获得。再生气经过流量计FC，第十一气动球阀25先到再生气干燥器4中进行干燥，然后在经过再生电加热器3加热到200～250℃后，经第三气动球阀17，对第一干燥器1的床层进行加热再生，气流由第一干燥器1底部进入，从顶部流出，出来的含水气体再经第七气动球阀21通过冷却器5冷却至环境温度，然后在汽水分离器6中分离掉冷凝水，最后返回至第一控制阀27后的饱和湿氢气中。

(3)冷却过程：吹冷气也是由第一控制阀27前的饱和湿氢气获得。吹冷气经过第八气动球阀22，由顶部进入被加热的第一加热器1床层，将热量带出，吹冷气自身被预热，再经过第三气动球阀17和再生电加热器3加热到200～250℃后，由再生气干燥器4底部进入，对其吸附床层进行再生，再生后的气体由再生气干燥器4顶部流出，经过第十二气动球阀26，通过冷却器5冷却至环境温度，然后在汽水分离器6中分离掉冷凝水，最后返回至第一控制阀27后的饱和湿氢气中。

Ⅱ阶段：第一干燥器1处于干燥状态，第二干燥器2处于再生和冷却过程：

(1)干燥过程：饱和湿氢气(原料气)经过第一控制阀27、气动球阀19，由第一干燥器1顶部进入，在干燥塔内进行吸附干燥，气流方向从上向下，经第二干燥器2干燥合格的产品氢气再经过第一气动球阀15送往下游储罐或者用户。

(2)再生过程：再生气由第一控制阀27前的饱和湿氢气获得。再生气经过流量计FC，第十一气动球阀25先到再生气干燥器4中进行干燥，然后在经过再生电加热器3加热到200～250℃后，经第四气动球阀，对第二干燥器2床层进行加热再生，气流由第二干燥器2底部进入，从顶部流出，出来的含水气体再经第九气动球阀23通过冷却器5冷却至环境温度，然后在汽水分离器6中分离掉冷凝水，最后返回至第一控制阀27后的饱和湿氢气中。

(3)冷却过程：吹冷气也是由第一控制阀27前的饱和湿氢气获得。吹冷气经过第十气动球阀24，由顶部进入被加热的第二吸附器2床层，将热量带出，自身被预热，再经过第四气动球阀18和再生电加热器3加热到200～250℃后，由再生气干燥器4底部进入，对其吸附床层进行再生，再生后的气体由再生气干燥器4顶部流出，经过第十二气动球阀26，通过冷却器5冷却至环境温度，然后在汽水分离器6中分离掉冷凝水，最后返回至第一控制阀27后的饱和湿氢气中。

Ⅰ阶段设置运行时间为8h，Ⅱ阶段设置运行时间为8h，Ⅰ阶段和Ⅱ阶段为一个循环周期。

本实施例中的电解水制氢气干燥系统，干燥时气流由上向下经过吸附床层，此流向可以采用较大的流速，缩小了干燥器直径，节省吸附剂用量，减小撬装设备尺寸。再生时设置气流与干燥过程逆向流动，不污染床层，需要的热量和再生时间较顺向流动少，再生效果较优。第一控制阀维持系统足够的压力降，便于一定量的再生气流经再生气干燥器，再生电加热器，冷却器，汽水分离器，相关阀门和管道后再返回到第一控制阀后面的饱和湿氢气中。汽水分离器中液位由液位信号反馈调节第二控制阀进行液位控制，排放液进行回收再利用。

实施例2

本实施例提供了一种电解水制氢气干燥方法，包括：

第一干燥器和第二干燥器交替进行以下过程：

干燥过程：饱和湿氢气进入第一干燥器内，在第一干燥器内进行吸附干燥，产生合格氢气；

再生过程：再生气先到再生干燥器中进行干燥，然后再经过再生电加热器加热后，对第二干燥器的床层进行加热再生；

冷却过程：吹冷气进入被加热的第二干燥器床层，将热量带出，再经过再生电加热器加热后，进入再生干燥器，对再生干燥器进行加热再生，最后在汽水分离器中分离掉冷凝水。

上述实施例的电解水制氢气干燥方法，流程简单，使用的设备数量少，运行成本低，无氢气排放损失，零废液排放，绿色安全环保。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电解水制氢气干燥系统，其特征在于，包括第一干燥器、第二干燥器、再生电加热器、再生干燥器、冷却器和汽水分离器；饱和湿氢气管路经过第一管路与分别与第一干燥器和第二干燥器相连；饱和湿氢气管路经过第二管路依次连接再生气干燥器和再生电加热器，所述再生电加热器的出口分别与第一干燥器和第二干燥器相连，第一干燥器和第二干燥器经过第三管路与冷却器、汽水分离器依次相连；所述第一干燥器与第三管路之间的管路上连接第一支路，所述第二干燥器与第三管路之间的管路上连接第二支路，所述第一支路和第二支路分别与第二管路相连；所述第一干燥器和第二干燥器交替进行干燥过程、再生和冷却过程。

2.如权利要求1所述的电解水制氢气干燥系统，其特征在于，所述第一干燥器和第二干燥器还与产品气输出管路相连。

3.如权利要求2所述的电解水制氢气干燥系统，其特征在于，所述第一干燥器与产品气输出管路相连的管路上设置第一气动球阀，所述第二干燥器与产品气输出管路相连的管路上设置第二气动球阀。

4.如权利要求1所述的电解水制氢气干燥系统，其特征在于，所述再生电加热器与第一干燥器相连的管路上设置第三气动球阀，所述再生电加热器与第二干燥器相连的管路上设置第四气动球阀。

5.如权利要求1所述的电解水制氢气干燥系统，其特征在于，所述第一管路上设置控制阀，第一管路与第一干燥器相连的管路上设置第五气动球阀，第一管路与第二干燥器相连的管路上设置第六气动球阀。

6.如权利要求1所述的电解水制氢气干燥系统，其特征在于，所述第一干燥器与冷却器相连的管路上设置第七气动球阀，所述第二干燥器与冷却器相连的管路上设置第八气动球阀。

7.如权利要求1所述的电解水制氢气干燥系统，其特征在于，所述第一支路上设置第九气动球阀，所述第二支路上设置第十气动球阀。

8.如权利要求1所述的电解水制氢气干燥系统，其特征在于，所述第二管路与再生气干燥器相连的管路上设置第十一气动球阀。

9.如权利要求1所述的电解水制氢气干燥系统，其特征在于，所述第二管路和第三管路还通过第三支路相连通，所述第三支路上设置第十二气动球阀。

10.一种电解水制氢气干燥方法，采用如权利要求1-9任一项所述的电解水制氢气干燥系统来实现，其特征在于，包括：

第一干燥器和第二干燥器交替进行以下过程：

干燥过程：饱和湿氢气进入第一干燥器内，在第一干燥器内进行吸附干燥，产生合格氢气；

再生过程：再生气先到再生干燥器中进行干燥，然后再经过再生电加热器加热后，对第二干燥器的床层进行加热再生；

冷却过程：吹冷气进入被加热的第二干燥器床层，将热量带出，再经过再生电加热器加热后，进入再生干燥器，对再生干燥器进行加热再生，最后在汽水分离器中分离掉冷凝水。