CN1275423A

CN1275423A - 吸附式氢气干燥方法及其装置

Info

Publication number: CN1275423A
Application number: CN 99116210
Authority: CN
Inventors: 朱冬生; 关建郁
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2000-12-06
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: CN1085556C

Abstract

一种吸附式氢气干燥方法,其吸附剂的再生是通过加热使温度从常温上升至100—250℃,抽真空使塔内压力从工作压力下降到1—0kg/cm²,塔内吸附剂解吸出水汽和油份等杂质而再生;水气、油份等杂质和塔内残余氢气出塔排向安全管路;吸附式氢气干燥装置由风机、除油器、二台干燥塔、真空泵、三通阀、四通阀、电器控制柜构成;该方法能提高干燥塔吸附剂的再生效果和氢气的干燥深度;该装置结构简单、安全稳定性好。

Description

吸附式氢气干燥方法及其装置

本发明涉及氢气干燥方法及其装置，更详细地是涉及用于制氢站、氢冷发电机组、冶炼厂制氧站的吸附式氢气干燥方法及其装置。

以氢冷发电机为例，机内氢气湿度过高，会引起绕组绝缘性能下降，导致发电机组端部绕组短路击穿事故。为了确保氢冷发电机能连续正常安全运行，必须降低机内氢气湿度。现有的氢气干燥有制冷式氢气干燥和吸附式氢气干燥两种方法，制冷式氢气干燥方法是使氢气通过制冷装置得到冷冻，水蒸气冷凝成水而被脱除，制冷式氢气干燥技术成熟，但干燥深度不够，达不到新近颁布的干燥标准要求；吸附式氢气干燥方法是使含水氢气通过吸附柱，水份被吸附剂吸附掉而得到干燥的氢气，吸附式装置机械转动部件少，运行可靠性高。

现有的吸附式氢气干燥装置主要采用机外强制循环干燥、闭路再生的全封闭型双塔吸附式干燥方法，图1是现有吸附式氢气干燥装置的结构示意图，如图所示，该装置由风机1、除油器2、二台干燥塔3和4、冷却器5、水分离器6、阀门7、电气控制柜8等构成。以该装置用于氢冷发电机的氢气干燥为例，其工作流程如下：来自发电机的高湿度氢气进入风机1增压，送入除油器2，除油后的氢气则从阀门7a(或7b)进入干燥塔3(或干燥塔4)进行吸附干燥。干燥后的氢气分成二路，一路是大部分氢气返回发电机组循环使用；另一路是余下的少部分氢气进入处于再生状态的干燥塔4(或干燥塔3)内筒，经加热管加热后逆向流过干燥塔4(或干燥塔3)的吸附剂，吸附剂解吸出水汽而再生，再生后出干燥塔的氢气和水汽经阀门7d(或7c)进入冷却器5，水汽冷凝成水后，引入水分离器6分离水，所得氢气则回到风机入口循环使用。

可见，该装置的氢气循环构成两个回路，即，氢气的吸附干燥过程，构成主回路；吸附剂的再生过程，构成副回路。

其氢气干燥方法包括下列步骤：

主回路：(1)高湿氢气除油；(2)干燥塔内氢气干燥；(3)干燥后大部分氢气返回发电机组使用；

副回路：(1)干燥后少部分氢气进入再生状态的干燥塔，加热，塔内吸附剂解吸再生；(2)含水蒸汽的高温氢气出塔冷却，分离水；(3)氢气返回发电机组使用。

两个干燥塔的吸附与再生交替操作的切换，通过控制柜控制。

这里的副回路中，让少量氢气进入干燥塔将水份带出，以加热的方式使吸附剂解吸出水份，实现吸附剂再生。

现有的吸附式氢气干燥方法及其装置存在如下缺点：

1、现有的吸附式氢气干燥方法中，其干燥塔内吸附剂的再生是采用恒压变温方法实现，油份不易除去，吸附剂再生效果不甚理想。

2、能在一定程度上解决氢气干燥问题，可用于制氢站氢气在线或非在线干燥、冶炼厂制氧站氢气干燥等，但不能安全地用于氢冷发电机组发电机在线或非在线氢气干燥，因为国内的氢冷发电机组密封油含水量较高(在0.05％以上)，又由于发电机密封瓦及密封油系统存在缺陷，致使较多的水不断地由密封油扩散到发电机内，现有装置虽然采用了除油器，仍不能解决这个问题；

3、现有装置采用四个阀门，易出故障，安全可靠性低；

4、现有装置包括两个氢气循环回路，结构复杂，连接点多，可泄漏点多。

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，对现有技术进行改进，提供一种除油效率高，干燥塔内吸附剂再生效果好，结构简单，安全可靠的吸附式氢气干燥方法。

本发明的目的还在于针对现有技术的缺陷，提供一种除油、除水效率高，干燥塔内吸附剂再生效果好，结构简单，安全可靠的吸附式氢气干燥装置。

本发明的吸附式氢气干燥方法包括下列步骤：

氢气的吸附干燥：(1)高湿氢气除油；(2)干燥塔内氢气干燥；(3)干燥的氢气返回发电机组使用。

吸附剂的再生：(1)再生状态的干燥塔内有残余氢气，加热使其温度从常温上升至100--250℃，抽真空使塔内压力从工作压力下降到1--0kg/cm²，塔内吸附剂解吸出水汽和油份而再生；(2)水汽、油和塔内残余的氢气排至安全管路。

因此，本发明是对现有技术作出了改进，主要是(1)不必刻意将少部分干燥后的氢气送到再生状态的干燥塔进行吸附剂再生，而是利用再生状态干燥塔内残余氢气进行吸附剂再生；(2)吸附剂再生采用变温变压方法，不仅解吸出水份，还可解吸出油份；(3)吸附剂再生处理后出塔的水份、油份、残余氢气直接排至安全管路，不必经分离阶段返回使用。

本发明的吸附式氢气干燥装置主要由风机、除油器、二台干燥塔、真空泵、三通阀、四通阀、电器控制柜构成。电器控制柜分别与除油器、干燥塔、真空泵、三通阀、四通阀连接，风机的入口端接氢气入口、出口端接除油器，除油器出口管路、二条干燥塔管路、真空泵管路分别与四通阀连接，另二条干燥塔条管路、氢气返回管路分别与三通阀连接，真空泵出口接安全管路。

为了提高操作的安全可靠性，可在二条干燥塔管路上接手动操作管路，通向安全管路，以便出现自动控制操作故障或其他故障时，及时通过手动操作解决故障。该手动操作管路由阀门和管路构成。

为了控制各段管路，可根据需要安装电磁阀、球阀、针阀等阀门，例如在真空泵管路上装电磁阀。

干燥塔的加热装置可以采用现有的电加热器。

上述的三通阀、四通阀也可改用其他能实现同样功能的阀门。

本发明的吸附式氢气干燥装置工作流程如下：

氢气的吸附干燥：氢气经风泵进入除油器除去夹带的油分，经除油器出口管路从四通阀进入吸附状态的干燥塔，塔内吸附剂吸附分离出氢气中的水份和油份后，氢气经三通阀返回使用；

吸附剂的再生：再生状态的干燥塔内有残留氢气，加热使其温度从常温上升至100--250℃，真空泵工作使塔内压力从工作压力(一般为6--3.5kg/cm²)下降到1--0kg/cm²，塔内吸附剂解吸出水汽和油份而再生，水汽、油份和氢气经真空泵管路排向安全管路。

电器控制柜控制二台干燥塔的吸附和再生交替切换、各段管路和阀门的开闭、干燥塔的温度和压力变化。

本发明的吸附式氢气干燥方法及其装置可用于制氢站、氢冷发电机组、冶炼厂制氧站的及用于制氢站、氢冷发电机组、冶炼厂制氧站的在线或非在线氢气干燥。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明采用变温变压再生干燥塔吸附剂的方法取代恒压变温再生干燥塔吸附剂方法，不但能解吸吸附剂中的水份，还能解吸油份和氧、氮、二氧化碳等杂质，提高干燥塔吸附剂的再生效果和氢气的干燥深度；

2、不必刻意将少部分干燥后的氢气送到再生状态的干燥塔进行吸附剂再生，而是利用再生状态干燥塔内残余氢气进行吸附剂再生；

3、本发明将干燥塔内吸附剂再生处理后排出的水汽、油份等杂质和氢气一起排向安全管路，从而节省冷凝器、汽水分离器等设备，简化了装置；

4、本发明还安装手动操作安全管路，便于及时排除意外故障，提高操作安全可靠性；

5、本发明装置结构简单、密封面少、体积小，因而能效比高、故障率低、安全稳定性好、装置成本和操作费用低。

图2是本发明的吸附式氢气干燥装置结构示意图。

下面通过实施例和附图对本发明作进一步叙述。

如图2所示，本发明的吸附式氢气干燥装置主要由风机1、除油器2、二台干燥塔3和4、真空泵9、三通阀10、四通阀11、电器控制柜8构成。电器控制柜8分别与除油器2、干燥塔3和4、真空泵9、三通阀10、四通阀11连接，风机1的入口端接氢气入口、出口端接除油器2，除油器出口管路A、二条干燥塔管路B和C、真空泵管路D分别与四通阀11连接，另二条干燥塔管路E和F、氢气返回管路G分别与三通阀10连接，真空泵9出口接安全管路H。

在干燥塔管路B、C上分别接手动操作管路I，通向安全管路H，以便出现自动控制操作故障或其他故障时，及时通过手动操作解决故障。该手动操作管路由阀门7和管路构成；

工作时，按下列步骤通过电气控制柜进行控制(以干燥塔3进行吸附干燥、干燥塔4进行吸附剂再生的工作状态为例)：

氢气的吸附干燥：氢气经风泵1进入除油器2除去夹带的油分，经除油器出口管路A、四通阀11、干燥塔管路B进入干燥塔3，塔内吸附剂吸附分离出氢气中的水份和油份后，氢气经干燥塔管路E、三通阀10、氢气返回管路G返回使用。

吸附剂的再生：干燥塔4内有残留氢气，加热使其温度从常温上升至100℃，启动真空泵使塔内压力从工作压力3.5kg/cm²下降到1kg/cm²，塔内吸附剂解吸出水汽和油份等杂质而再生，水汽、油份等杂质和氢气经干燥塔管路C、四通阀、真空泵管路D排向安全管路H。

出现故障时，手动打开阀门7，使气体从手动操作管路I排向安全管路H。

Claims

1、一种吸附式氢气干燥方法，其特征在于包括下列步骤：氢气的吸附干燥：(1)高湿氢气除油；(2)干燥塔内氢气干燥；(3)干燥的氢气返回发电机组使用；吸附剂的再生：(1)再生状态的干燥塔内有残余氢气，加热使其温度从常温上升至100--250℃，抽真空使塔内压力从工作压力下降到1--0kg/cm²，塔内吸附剂解吸出水汽、油份等杂质而再生；(2)水汽、油份等杂质和塔内残留的氢气排至安全管路。

2、一种吸附式氢气干燥装置，其特征在于主要由风机、除油器、二台干燥塔、真空泵、三通阀、四通阀、电器控制柜构成；电器控制柜分别与除油器、干燥塔、真空泵、三通阀、四通阀连接，风机的入口端接氢气入口、出口端接除油器，除油器出口管路、二条干燥塔管路、真空泵管路分别与四通阀连接，另二条干燥塔条管路、氢气返回管路分别与三通阀连接，真空泵出口接安全管路。

3、按照权利要求2所述的吸附式氢气干燥装置，其特征在于在二条干燥塔管路上接手动操作管路，通向安全管路，该手动操作管路由阀门和管路构成。