CN209177993U - 氢气纯化装置 - Google Patents

Abstract

一种氢气纯化装置，用于纯化原料氢气，所述氢气纯化装置包括脱氧塔、四通阀、第一纯化系统、第二纯化系统、气体分配系统、压力调节输出系统和排污系统，所述四通阀分别与脱氧塔、第一纯化系统、第二纯化系统及排污系统连接，所述气体分配系统设置于第一纯化系统和第二纯化系统之间，所述压力调节输出系统连接至所述气体分配系统，所述原料氢气进入所述脱氧塔脱氧后，通过所述四通阀进入第一纯化系统和第二纯化系统中的一方纯化后得到产品气体，再通过所述气体分配系统，产品气体分成主要气体和再生气体，所述主要气体通过压力调节输出系统进入用户单元，所述再生气体进入第一纯化系统和第二纯化系统中的另一方，并通过四通阀中的由排污系统排出。

Description

氢气纯化装置

技术领域

本实用新型涉及一种氢气纯化装置。

背景技术

众所周知，一般制氢工艺制备得到的氢气由于纯度不高，含水分量超标，不能满足后续生产要求。因此，为了除去氢气中的杂质，通常需要引入纯化装置。纯化装置通常包括用于脱去氢气中含有的微量氧的脱氧塔和用于去除氢气中含有的水分的干燥塔以及相应冷却器。为使纯化装置连续稳定运行，现有技术也采用无压再生方法，即两个干燥塔工作压力不同，一个干燥塔在系统压力下对气体进行干燥，另外一个干燥塔在常压下进行再生。但，现有技术的无压再生方法存在如下缺陷：(1)在两干燥塔再生时需要两路计量阀来控制两干燥塔再生气体的流量，这使得使用过程中调节的工作量和设备维护的工作量较大，还增加设备维护运行成本；(2)纯化装置再生工作时由于再生气体通过计量阀直接由高压区流入低压区所以计量阀噪音大，且计量阀易损坏；(3)纯化装置中系统压力不稳定等问题；(4)由于采用列管式冷却器对气体进行冷却所以冷却效果较差。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种氢气纯化装置，所述氢气纯化装置仅用一路计量阀控制两干燥塔的再生气体的流量，以减少使用过程中调节的工作量和设备维护的工作量。

一种氢气纯化装置，用于纯化原料氢气，所述氢气纯化装置包括脱氧塔、四通阀、第一纯化系统、第二纯化系统、气体分配系统、压力调节输出系统和排污系统，所述四通阀用以分别与所述脱氧塔、所述第一纯化系统、所述第二纯化系统及所述排污系统连接，所述气体分配系统包括多条管路、一计量阀及，所述第一纯化系统和所述第二纯化系统通过所述多条管路连接，所述多条管路的其中两条之间形成一第一交点，所述计量阀一端连接所述第一交点，另一端连接所述多条管路中的其中之一，所述压力调节输出系统连接所述第一交点，其中，所述原料氢气进入所述脱氧塔脱氧后，通过所述四通阀进入所述第一纯化系统和第二纯化系统中的一方纯化得到产品气体，再通过所述气体分配系统中的多条管路流至所述第一交点时被分成主要气体和再生气体，所述主要气体通过所述压力调节输出系统进入用户单元，所述再生气体通过所述计量阀计量后进入所述第一纯化系统和第二纯化系统中的另一方，并通过所述四通阀由所述排污系统排出。

进一步地，所述气体分配系统还包括减压阀，所述减压阀的一端连接所述计量阀，另一端连接所述多条管路中的其中之一，用于对通过所述计量阀的再生气体进行减压。

进一步地，所述氢气纯化装置还包括冷却系统，所述冷却系统设置于所述脱氧塔和所述四通阀之间，用于对经所述脱氧塔脱氧后的原料氢气进行冷却。

进一步地，所述冷却系统还包括第一冷却器和第一分离器，所述第一冷却器的一端连接所述脱氧塔，经所述脱氧塔脱氧后的原料氢气进入所述第一冷却器进行冷却处理，并产生水分，所述第一分离器包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述第一连接端连接所述第一冷却器的另一端，所述第二连接端连接所述排污系统，所述第三连接端连接所述四通阀，其中，经第一冷却器处理后的原料氢气经第一分离器的水气分离后，所述水分通过所述第二连接端由所述排污系统排出，所述原料氢气通过所述第三连接端流向所述四通阀。

进一步地，所述第一冷却器为板式换热器。

进一步地，所述排污系统包括第一排污阀和排污口，所述第一排污阀的一端连接所述第二连接端，另一端连接所述排污口，所述水分依次通过所述第二连接端和所述第一排污阀经由所述排污口排出。

进一步地，所述排污系统还包括第二排污阀，所述第二排污阀连接于所述第一排污阀和所述排污口之间。

进一步地，所述排污系统还包括第二分离器、第三排污阀和流量控制阀，所述第二分离器包括第四连接端、第五连接端和第六连接端，所述第四连接端连接所述四通阀，所述第五连接端连接所述第三排污阀的一端，所述第三排污阀的另一端连接排污口，所述第六连接端连接所述流量控制阀。

进一步地，所述气体分配系统还包括多个止回阀，所述多个止回阀设置于对应的所述多条管路上，以限定气体在所述多条管路中的流向。

进一步地，所述气体分配系统包括第一管路、第二管路、第三管路、第一止回阀、第二止回阀、第三止回阀和第四止回阀，所述第一管路的一端连接所述第一纯化系统，另一端连接所述第二管路的一端，所述第二管路的另一端连接所述第二纯化系统，所述第一管路和所述第二管路的连接点为所述第一交点，所述第三管路的一端连接所述第一管路，另一端连接所述第二管路，所述第三管路与所述第一管路和所述第二管路的连接点分别为第二交点和第三交点，所述第一止回阀设置于所述第一交点至所述第二交点区域的第一管路上，所述第二止回阀设置于所述第一交点至所述第三交点区域的第二管路上，所述第三止回阀和所述第四止回阀设置于所述第三管路上，所述计量阀的一端连接所述第一交点，另一端连接所述减压阀的一端，所述减压阀的另一端连接所述第三管路，并位于所述第三止回阀与所述第四止回阀之间。

综上所述，所述氢气纯化装置仅通过一路计量阀来控制两个纯化系统的再生气体的流量，大大减少了使用过程中调节的工作量和设备维护的工作量，同时还降低了氢气纯化装置的维护成本。另外，在所述计量阀之后设置所述减压阀，可使所述计量阀前后压力基本均衡，增加计量阀的使用寿命，从而降低因计量阀损坏而导致的停工维持成本。同时，由于减压阀的设置，使得再生气体的压力稳定可控，并稳定的降低再生气体的压力，降低了水分的蒸发温度，从而降低了再生气体在干燥塔中的加热温度。其中，所述氢气纯化装置采用冷却效果较佳的板式换热器作为冷却器，可有效降低产品气体的露点，延长了干燥剂在一个周期内的工作时间。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例的氢气纯化装置的结构示意图。

图2为图1所示的氢气纯化装置的结构示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

参阅图1，本实用新型较佳实施例提供了一种氢气纯化装置100。所述氢气纯化装置100用于纯化原料氢气。

在本实施例中，所述氢气纯化装置100至少包括脱氧塔10、四通阀30、第一纯化系统40、气体分配系统50、第二纯化系统60、压力调节输出系统70和排污系统80。

请一并参阅图2，所述脱氧塔10包括进口A和出口B。所述原料氢气通过进口A进入脱氧塔10进行脱氧处理，以去除原料氢气中的杂质氧。所述出口B连接所述四通阀30。

可以理解，由于自脱氧塔10流出的原料氢气温度较高，如果直接通过所述四通阀30会造成所述四通阀30出现内漏现象。因此，在本实施例中，所述脱氧塔10和所述四通阀30之间还设置有冷却系统20，以对自脱氧塔10流出的原料氢气进行冷却。

具体地，所述冷却系统20包括第一冷却器201和第一分离器202。所述第一冷却器201的一端连接所述出口B。如此，所述经脱氧处理的原料氢气由出口B进入至第一冷却器201，以冷却出原料氢气中的水分。所述第一冷却器201的另一端连接所述第一分离器202。所述第一分离器202用于对经第一冷却器201处理后的原料氢气进行气液分离，以将原料氢气中的水分分离去除。

具体地，所述第一分离器202包括第一连接端2021、第二连接端2022和第三连接端2023。所述第一连接端2021连接所述第一冷却器201。

所述第二连接端2022连接排污系统80，以将经第一分离器202处理后的原料氢气中的水分经由所述排污系统80排出。在本实施例中，所述排污系统80包括第一排污阀801和排污口807。所述第一排污阀801的一端连接所述第二连接端2022，另一端连接所述排污口807。如此，经第一分离器202处理产生的水分通过第一排污阀801由排污口807排出。

进一步地，在本实施例中，所述排污系统80还包括第二排污阀803。所述第二排污阀803设置于所述第一排污阀801与所述排污口807之间，以避免打开所述第一排污阀801直接排污时造成的系统压力波动。

所述第三连接端2023连接至四通阀30。其中，经第一分离器202处理后的原料氢气通过所述第三连接端2023流向所述四通阀30。

所述四通阀30包括第一阀口301、第二阀口302、第三阀口303和第四阀口304。

所述第一阀口301连接所述第一分离器202的第三连接端2023。

所述第二阀口302连接第一纯化系统40。

具体地，所述第一纯化系统40包括第二冷却器401、第一干燥塔402和第一过滤器403。所述第二冷却器401的一端连接所述第二阀口302，另一端连接所述第一干燥塔402的一端。所述第一干燥塔402的另一端连接所述第一过滤器403的一端。所述第一过滤器403的另一端连接所述气体分配系统50。如此，可通过调节所述四通阀30，以使原料氢气依次经过第二冷却器401、第一干燥塔402和第一过滤器403的处理，从而得到产品气体。

所述第三阀口303连接所述第二纯化系统60。

具体地，所述第二纯化系统60包括第三冷却器601、第二干燥塔602和第二过滤器603。所述第三冷却器601的一端连接所述第三阀口303，另一端连接所述第二干燥塔602的一端。所述第二干燥塔602的另一端连接所述第二过滤器603的一端。所述第二过滤器603的另一端连接所述气体分配系统50。如此，亦可通过调节所述四通阀30，以使原料氢气依次经过第三冷却器601、第二干燥塔602和第二过滤器603的处理，从而得到产品气体。

所述第四阀口304连接所述排污系统80。

所述气体分配系统50包括多条管路和一计量阀505。在本实施例中，所述气体分配系统50包括三条管路。为了方便描述，将所述三条管路分别定义为第一管路501、第二管路502和第三管路503。

进一步地，所述气体分配系统50还包括多个止回阀，用于限制气体在所述多条管路中的流向。在本实施例中，所述气体分配系统50包括四个止回阀。为了方便描述，将所述四个止回阀分别定义为第一止回阀504a、第二止回阀504b、第三止回阀504c和第四止回阀504d。

具体地，所述第一管路501的一端连接所述第一过滤器403。所述第二管路502的一端连接所述第二过滤器603。所述第一管路501的另一端与所述第二管路502的另一端连接。所述第三管路503的一端连接所述第一管路501，另一端连接所述第二管路502。在本实施例中，为了方便说明，将所述第一管路501与所述第二管路502的连接点定义为第一交点a，所述第三管路503与所述第一管路501的连接点定义为第二交点b，所述第三管路503与所述第二管路502的连接点定义为第三交点c。

所述第一止回阀504a设置于所述第一交点a至所述第二交点b区域的第一管路501上，且相对所述第二交点b更靠近所述第一交点a。所述第二止回阀504b设置于所述第一交点a至所述第三交点c的第二管路502上，且相对所述第三交点c更靠近所述第一交点a。所述第三止回阀504c和第四止回阀504d设置于所述第三管路503上。所述计量阀505的一端连接所述第一交点a。

进一步地，在本实施例中，所述气体分配系统50还包括减压阀506。所述减压阀506的一端连接所述计量阀505的另一端，所述减压阀506的另一端连接所述第三管路503，并位于所述第三止回阀504c和第四止回阀504d之间。如此，所述减压阀506可对通过所述计量阀505进入的气体进行减压，以避免气体在通过所述计量阀505后从高压区流向低压区时发出噪音。同时，在所述计量阀505之后设置所述减压阀506，可使所述计量阀505前后压力基本均衡，增加计量阀505的使用寿命，从而降低因计量阀505损坏而导致的停工维持成本。其中，所述减压阀506的另一端与所述第三管路503的连接点为第四交点d。

可以理解，在所述第二止回阀504b和第四止回阀504d的止回作用下，可使得由所述第一过滤器403流出的产品气体只能进入第一管路501，并通过第一止回阀504a流至所述第一交点a。或者在所述第一止回阀504a和第三止回阀504c的止回作用下，可使得由所述第二过滤器603流出的产品气体只能进入第二管路502，并通过第二止回阀504b流至所述第一交点a。其中，所述产品气体在第一交点a时被分为主要气体和再生气体。所述主要气体从压力调节输出系统70进入至用户单元。在本实施例中，所述压力调节输出系统70包括调节阀701和输出口702。所述调节阀701的一端连接所述第一交点a，另一端连接所述输出口702。如此，所述主要气体通过调节阀701经由输出口702进入用户单元。

所述再生气体流向所述计量阀505，并经计量阀505计量调节后，再经减压阀506降低压力后进入第三管路503。在本实施例中，当第一纯化系统40系统处于工作，第二纯化系统60系统处于再生时，由于第二止回阀504b及第四止回阀504d的止回作用下，第二止回阀504b阀至第一交点a的第二管路502区域及第四止回阀504d至第二交点b的第三管路503区域的压力高，由所述计量阀505流出的再生气体，经过减压阀506减压后，只能进入第四交点d至第三交点c区域的第三管路503，并流向所述第二过滤器603，再进入至第二干燥塔602。此时，第二干燥塔602的加热温度为100-110℃。如此，再生气体经由该第二干燥塔602后排出含水蒸汽的再生高温气体，以使得所述第二干燥塔602内部的干燥剂再生。所述含水蒸汽的再生高温气体依次经过第三冷却器601进行冷却处理。所述经冷却处理的再生气体通过四通阀30，并经所述排污系统80排出。当第二纯化系统60系统处于工作，第一纯化系统40系统处于再生时，由于第一止回阀504a及第三止回阀504c的止回作用下，第三止回阀504c至第三交点c的第三管路503区域及及第一交点a至第一止回阀504a的第一管路501区域的压力高，由所述计量阀505流出的再生气体，经减压阀506减压后，只能进入第四交点d至第二交点b区域的第三管路503，流向所述第一过滤器403，再进入至第一干燥塔402。此时，第一干燥塔402的加热温度为100-110℃。如此，再生气体经由该第一干燥塔402后排出含水蒸汽的再生高温气体，以使得所述第一干燥塔402内部的干燥剂再生。其中，所述含水蒸汽的再生高温气体依次经过第二冷却器401进行冷却处理。所述经冷却处理的再生气体通过四通阀30，并经所述排污系统80排出。

在本实施例中，所述排污系统80还包括第二分离器802、流量控制阀804和第三排污阀805。所述第二分离器802包括第四连接端8021、第五连接端8022和第六连接端8023。所述第四连接端8021连接所述四通阀30的第四阀口304。所述第五连接端8022连接所述第三排污阀805的一端。所述第三排污阀805的另一端连接所述排污口807。所述第六连接端8023连接所述流量控制阀804。如此，携带水分的再生气体通过所述四通阀30进入所述第二分离器802进行水气分离。其中，所述水分通过第三排污阀805经由排污口807排出。所述再生气体则通过流量流量控制阀804排向大气。

在本实施例中，所述第一冷却器201、第二冷却器401和第三冷却器601均采用板式换热器。

下面将详细介绍利用所述氢气纯化装置100纯化氢气的流程，包括如下步骤：

脱氧处理。

具体地，原料氢气通过脱氧塔10的进口A进入脱氧塔10内进行脱氧处理，以去除原料氢气中的杂质氧。

冷却处理。

具体地，经脱氧处理后的原料氢气由出口B进入至所述第一冷却器201冷却，并产生水分。接着，携带有水分的原料氢气进入第一分离器202进行水气分离。其中，水分通过第二连接端2022依次通过第一排污阀801和第二排污阀803，并经由排污口807排出。所述原料氢气则通过第三连接端2023流向所述四通阀30。

纯化处理。所述纯化处理包括第一阶段和第二阶段。

第一阶段：所述第一纯化系统40用于去湿，所述第二纯化系统60用于再生。

具体地，调节四通阀30，使得原料氢气通过第二阀口302由第二冷却器401进入至第一干燥塔402进行干燥处理，并经第一过滤器403流入第一管路501，然后，通过第一止回阀504a流至第一交点a时被分为主要气体和再生气体。所述主要气体通过调节阀701经由输出口702进入用户单元。所述再生气体通过计量阀505计量调节后，再通过减压阀506减压后通过第三止回阀504c，并经第二过滤器603进入加热温度为100-110℃的第二干燥塔602处理后，排出含水蒸汽的再生高温气体。接着，含水蒸汽的再生高温气体经过第三冷却器601冷却后，通过四通阀30进入第二分离器802进行水气分离。其中，水分通过第三排污阀805经由排污口807排出。再生气体则经过流量控制阀804排放至大气中。

第二阶段：所述第二纯化系统60用于去湿，所述第一纯化系统40用于再生。

具体地，调节四通阀30，使得原料氢气通过第三阀口303由第三冷却器601进入至第二干燥塔602进行干燥处理，并经第二过滤器603流入第二管路502，然后，通过第二止回阀504b流至第一交点a时被分为主要气体和再生气体。所述主要气体通过调节阀701经由输出口702进入用户单元。所述再生气体通过计量阀505计量调节后，再通过减压阀506减压后通过第四止回阀504d，并经第一过滤器403进入加热温度为100-110℃的第一干燥塔402处理后，排出含水蒸汽的再生高温气体。接着，含水蒸汽的再生高温气体经过第二冷却器401冷却后，通过四通阀30进入第二分离器802进行水气分离。其中，水分通过第三排污阀805经由排污口807排出。再生气体则经过流量控制阀804排放至大气中。

如此，重复上述纯化处理步骤，即可实现原料氢气的连续纯化。

综上所述，所述氢气纯化装置100仅通过一路计量阀505来控制两个纯化系统的再生气体的流量，大大减少了使用过程中调节的工作量和设备维护的工作量，同时还降低了氢气纯化装置100的维护成本。另外，在所述计量阀505之后设置所述减压阀506，可使所述计量阀505前后压力基本均衡，增加计量阀505的使用寿命，从而降低因计量阀505损坏而导致的停工维持成本。同时，由于减压阀506的设置，使得再生气体的压力稳定可控，并稳定的降低再生气体的压力，来降低了再生气体在干燥塔中的加热温度。其中，所述氢气纯化装置100采用冷却效果较佳的板式换热器作为冷却器，可有效降低产品气体的露点。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和实质。

Claims (10)

1.一种氢气纯化装置，用于纯化原料氢气，其特征在于，所述氢气纯化装置包括脱氧塔、四通阀、第一纯化系统、第二纯化系统、气体分配系统、压力调节输出系统和排污系统，所述四通阀用以分别与所述脱氧塔、所述第一纯化系统、所述第二纯化系统及所述排污系统连接，所述气体分配系统包括多条管路及一计量阀，所述第一纯化系统和所述第二纯化系统通过所述多条管路连接，所述多条管路的其中两条之间形成一第一交点，所述计量阀一端连接所述第一交点，另一端连接所述多条管路中的其中之一，所述压力调节输出系统连接所述第一交点，其中，所述原料氢气进入所述脱氧塔脱氧后，通过所述四通阀进入所述第一纯化系统和第二纯化系统中的一方纯化得到产品气体，再通过所述气体分配系统中的多条管路流至所述第一交点时被分成主要气体和再生气体，所述主要气体通过所述压力调节输出系统进入用户单元，所述再生气体通过所述计量阀计量后进入所述第一纯化系统和第二纯化系统中的另一方，并通过所述四通阀由所述排污系统排出。

2.根据权利要求1所述的氢气纯化装置，其特征在于，所述气体分配系统还包括减压阀，所述减压阀的一端连接所述计量阀，另一端连接所述多条管路中的其中之一，用于对通过所述计量阀的再生气体进行减压。

3.根据权利要求1所述的氢气纯化装置，其特征在于，所述氢气纯化装置还包括冷却系统，所述冷却系统设置于所述脱氧塔和所述四通阀之间，用于对经所述脱氧塔脱氧后的原料氢气进行冷却。

4.根据权利要求3所述的氢气纯化装置，其特征在于，所述冷却系统还包括第一冷却器和第一分离器，所述第一冷却器的一端连接所述脱氧塔，经所述脱氧塔脱氧后的原料氢气进入所述第一冷却器进行冷却处理，并产生水分，所述第一分离器包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述第一连接端连接所述第一冷却器的另一端，所述第二连接端连接所述排污系统，所述第三连接端连接所述四通阀，其中，经第一冷却器处理后的原料氢气经第一分离器的水气分离后，所述水分通过所述第二连接端由所述排污系统排出，所述原料氢气通过所述第三连接端流向所述四通阀。

5.根据权利要求4所述的氢气纯化装置，其特征在于，所述第一冷却器为板式换热器。

6.根据权利要求4所述的氢气纯化装置，其特征在于，所述排污系统包括第一排污阀和排污口，所述第一排污阀的一端连接所述第二连接端，另一端连接所述排污口，所述水分依次通过所述第二连接端和所述第一排污阀经由所述排污口排出。

7.根据权利要求6所述的氢气纯化装置，其特征在于，所述排污系统还包括第二排污阀，所述第二排污阀连接于所述第一排污阀和所述排污口之间。

8.根据权利要求6所述的氢气纯化装置，其特征在于，所述排污系统还包括第二分离器、第三排污阀和流量控制阀，所述第二分离器包括第四连接端、第五连接端和第六连接端，所述第四连接端连接所述四通阀，所述第五连接端连接所述第三排污阀的一端，所述第三排污阀的另一端连接排污口，所述第六连接端连接所述流量控制阀。

9.根据权利要求2所述的氢气纯化装置，其特征在于，所述气体分配系统还包括多个止回阀，所述多个止回阀设置于对应的所述多条管路上，以限定气体在所述多条管路中的流向。

10.根据权利要求9所述的氢气纯化装置，其特征在于，所述气体分配系统包括第一管路、第二管路、第三管路、第一止回阀、第二止回阀、第三止回阀和第四止回阀，所述第一管路的一端连接所述第一纯化系统，另一端连接所述第二管路的一端，所述第二管路的另一端连接所述第二纯化系统，所述第一管路和所述第二管路的连接点为所述第一交点，所述第三管路的一端连接所述第一管路，另一端连接所述第二管路，所述第三管路与所述第一管路和所述第二管路的连接点分别为第二交点和第三交点，所述第一止回阀设置于所述第一交点至所述第二交点区域的第一管路上，所述第二止回阀设置于所述第一交点至所述第三交点区域的第二管路上，所述第三止回阀和所述第四止回阀设置于所述第三管路上，所述计量阀的一端连接所述第一交点，另一端连接所述减压阀的一端，所述减压阀的另一端连接所述第三管路，并位于所述第三止回阀与所述第四止回阀之间。