CN212050524U - 一种低能耗氢气纯化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低能耗氢气纯化系统，包括脱氧系统和干燥系统，脱氧系统包括通过管路连接的脱氧器、第一冷却器和高温型冷冻式干燥机，干燥系统包括第一干燥器、第二干燥器、预干燥器、蒸汽加热器、第二冷却器和水分离器，高温型冷冻式干燥机分别与第一干燥器、第二干燥器和预干燥器的进气端连接，蒸汽加热器分别与第一干燥器、第二干燥器和预干燥器的出气端连接，第二冷却器的进气端分别与第一干燥器、第二干燥器和预干燥器的进气端连接，第二冷却器的出气端与水分离器的进气端连接，水分离器的出气端与分别与第一和第二干燥器的进气端连接。本实用新型将蒸汽加热后得到的高温失饱和再生气应用于干燥剂的加热再生过程中，可有效降低能耗。

Description

一种低能耗氢气纯化系统

技术领域

本实用新型涉及氢气纯化装置技术领域，尤其是涉及一种低能耗氢气纯化系统。

背景技术

制氢工艺制备得到的氢气由于纯度不高，含水分量超标，不能直接用于后续生产，需要脱去氢气中含有的微量氧和含有的水分，对氢气进行纯化后才能进行后续使用。现有技术中一般通过脱氧塔和干燥器实现对氢气的脱氧和脱水，例如，一种在中国专利文献上公开的“氢气纯化装置”，其公告号CN209177993U，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，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，气体分配系统设置于第一纯化系统和第二纯化系统之间，压力调节输出系统连接至所述气体分配系统，原料氢气进入所述脱氧塔脱氧后，通过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，再通过气体分配系统，产品气体分成主要气体和再生气体，主要气体通过压力调节输出系统进入用户单元，再生气体进入第一纯化系统和第二纯化系统中的另一方，并通过四通阀中的排污系统排出。

但现有技术中的氢气纯化装置再生气耗量大，经济性较差；且干燥塔工作一段时间后需要进行再生才能再度吸水，而现有的加热再生方法能耗大，生产成本高，不利于大规模应用。

发明内容

本实用新型是为了克服现有技术中的氢气纯化装置再生气耗量大，且干燥塔加热再生时能耗大，生产成本高，不利于大规模应用的问题，提供一种低能耗氢气纯化系统，将蒸汽加热后得到的高温失饱和再生气应用于干燥剂的加热再生过程中，最大程度地节约了耗气量，又节省了对电力能源的消耗，达到高节能和低故障的最佳结合。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种低能耗氢气纯化系统，包括通过管路连接的脱氧系统和干燥系统，所述脱氧系统包括通过管路连接的脱氧器、第一冷却器和高温型冷冻式干燥机，所述干燥系统包括第一干燥器、第二干燥器、预干燥器、蒸汽加热器、第二冷却器和水分离器，所述高温型冷冻式干燥机分别与第一干燥器、第二干燥器和预干燥器的进气端通过管路连接，所述蒸汽加热器分别与第一干燥器、第二干燥器和预干燥器的出气端通过管路连接，所述第二冷却器的进气端分别与第一干燥器、第二干燥器和预干燥器的进气端通过管路连接，所述第二冷却器的出气端与水分离器的进气端通过管路连接，所述水分离器的出气端与分别与第一和第二干燥器的进气端通过管路连接，所述高温型冷冻式干燥机与第一干燥器和第二干燥器之间通过管路形成主气路；高温型冷冻式干燥机与预干燥器、蒸汽加热器、冷却器和第一、第二干燥器之间通过管路形成再生气路。

本实用新型中在氢气纯化系统中设置脱氧系统和干燥系统，原料氢先进入脱氧器中，在脱氧催化剂的作用下，原料气中的氧与氢气反应生成水而脱除气体中的氧气；然后经第一冷却器冷却到常温的氢气经高温型冷冻式干燥机冷却干燥后进入干燥系统。进入干燥系统的气体分成两路：一路作为主气路，从第一干燥器或第二干燥器的进气端进入出气端流出，经第一干燥器或第二干燥器中的干燥剂进行干燥后作为产品气输出，合格气体输送出界外，不合格气体返回氢气压缩机；另一路作为再生气路分别对第一、第二干燥器和预干燥器内的干燥剂进行加热和冷吹再生，干燥和再生过程采用反向对流。

对第一或第二干燥器进行再生时，经高温型冷冻式干燥机冷冻干燥脱水后进入再生气路的再生气从预干燥器进气端进入，对预干燥器进行冷吹后进入蒸汽加热器中加热，加热后的再生气从出气端进入其中一个干燥器对其进行加热使干燥剂吸附的水分汽化并从进气端带出干燥器，从干燥器出来的含饱和水的再生气进入第二冷却器，经第二冷却器冷却后进入水分离器对冷凝下来的液态水进行气水分离后返回另一干燥器进行干燥。对预干燥器进行再生时，经其中一个干燥器干燥剂后的再生气从干燥器出气端流出进入蒸汽加热器加热，加热后的再生气进入预干燥器对其进行加热再生，从预干燥器流出的再生气进入第二冷却器冷却后进入水分离器进行水分离，最后返回另一干燥器进行干燥。两个干燥塔在一定时间段内交替进行干燥、加热及冷吹再生形成一个连续的工艺过程。

本实用新型采用两级脱除工艺，前端催化脱氧，后端深度脱水，能可靠的保证处理后的氢气的纯度指标；干燥系统利用蒸汽产生的热量加热再生气使干燥器内的干燥剂加热再生，既节约了再生耗气量，加热再生时无气耗，冷吹时同样没有气耗，最大程度地节约了耗气量，又节省了对电力能源的消耗，高温失饱和的再生气被充分利用在设备加热再生过程中，完成对干燥塔吸附剂的再生，从而实现了无再生气损耗，达到高节能和低故障的最佳结合。

作为优选，各装置之间的管路上分别设有与PLC连接的气动控制阀。通过PLC设置程序控制各气动控制阀及时动作，保证系统中的各装置顺利循环切换，使干燥和再生工序有效交替进行。

作为优选，高温型冷冻式干燥机与预干燥器之间设有相连接的流量计和流量控制阀。通过流量计和流量控制阀配合，控制进入主气路和再生气路中的气量，最大程度的减小再生气耗量。

作为优选，脱氧器内设有脱氧催化剂，所述第一、第二和预干燥器内设有干燥剂。脱氧器中的脱氧催化剂可以催化原料气中的氧与氢气反应生成水从而脱除气体中的氧气。干燥器中的干燥剂用于脱除气体中的水分，使氢气达到后续使用要求。

作为优选，高温型冷冻式干燥机将氢气冷却至5~8℃，干燥到-39℃常压露点。

作为优选，第一干燥器和第二干燥器的空塔流速为0.2~0.3m/s，干燥时间为5.5~6s。气流通过干燥器的速度保持在此较慢的范围内，可以增加氢气与干燥剂的接触时间，保证干燥剂与水分充分吸附，满足成品气的露点要求。

作为优选，蒸汽加热器内的加热温度为140~160℃。在此温度范围内可以保证干燥剂内的水分可以充分被去除，干燥剂可以被有效再生。

作为优选，水分离器采用挡板+离心+丝网结合式水分离器。使得分水效果更加彻底，降低干燥剂负荷。

作为优选，第一和第二冷却器中采用紫铜翅片管进行换热。大大提高了单位换热面积及换热效率，增强了冷却效果。

因此，本实用新型的有益效果为：将蒸汽加热后得到的高温失饱和再生气应用于干燥剂的加热再生过程中，最大程度地节约了耗气量，又节省了对电力能源的消耗，达到高节能和低故障的最佳结合。

附图说明

图1是本实用新型的连接结构示意图。

图中：1脱氧器、 2第一冷却器、 3高温型冷冻式干燥机、 4第一干燥器、 5第二干燥器、 6预干燥器、 7蒸汽加热器、 8第二冷却器、 9水分离器、 10气动控制阀、 11流量计、12流量控制阀。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

实施例：

如图1所示的一种低能耗氢气纯化系统，包括通过管路连接的脱氧系统和干燥系统，脱氧系统包括通过管路连接的脱氧器1、第一冷却器2和高温型冷冻式干燥机3。干燥系统包括第一干燥器4、第二干燥器5、预干燥器6、蒸汽加热器7、第二冷却器8和水分离器9，脱氧器内设有脱氧催化剂，第一、第二和预干燥器内设有干燥剂。

高温型冷冻式干燥机分别与第一干燥器、第二干燥器和预干燥器顶部的进气端通过管路连接，蒸汽加热器分别与第一干燥器、第二干燥器和预干燥器底部的出气端通过管路连接，第二冷却器的进气端分别与第一干燥器、第二干燥器和预干燥器的进气端通过管路连接，第二冷却器的出气端与水分离器的进气端通过管路连接，所述水分离器的出气端与分别与第一和第二干燥器的进气端通过管路连接，各装置之间的管路上分别设有与PLC连接的气动控制阀10，高温型冷冻式干燥机与第一干燥器和第二干燥器之间通过管路形成主气路；高温型冷冻式干燥机与预干燥器、蒸汽加热器、冷却器和第一、第二干燥器之间通过管路形成再生气路，高温型冷冻式干燥机与预干燥器之间设有相连接的流量计11和流量控制阀12。

高温型冷冻式干燥机将氢气冷却至5~8℃，干燥到-39℃常压露点；第一干燥器和第二干燥器的空塔流速为0.25m/s，干燥时间为5.5s；蒸汽加热器内的加热温度为150℃，水分离器采用挡板+离心+丝网结合式水分离器，第一和第二冷却器中采用紫铜翅片管进行换热。

本实用新型的氢气纯化系统工作时，温度80℃压力2.2MPa的原料氢先进入脱氧器中，在脱氧催化剂的作用下，原料气中的氧与氢气反应生成水而脱除气体中的氧气；然后经第一冷却器冷却到常温的氢气经高温型冷冻式干燥机冷却到5~8℃，干燥到-39℃常压露点进入干燥系统。进入干燥系统的气体分成两路：一路作为主气路，从第一干燥器或第二干燥器的进气端进入出气端流出，经第一干燥器或第二干燥器中的干燥剂进行干燥后作为产品气输出，合格气体输送出界外，不合格气体返回氢气压缩机；另一路作为再生气路分别对第一、第二干燥器和预干燥器内的干燥剂进行加热和冷吹再生，干燥和再生过程采用反向对流。

对第一或第二干燥器进行再生时，经高温型冷冻式干燥机冷冻干燥脱水后进入再生气路的再生气从预干燥器进气端进入，对预干燥器进行冷吹后进入蒸汽加热器中加热至150℃，加热后的再生气从出气端进入其中一个干燥器对其进行加热使干燥剂吸附的水分汽化并从进气端带出干燥器，从干燥器出来的含饱和水的再生气进入第二冷却器，经第二冷却器冷却后进入水分离器对冷凝下来的液态水进行气水分离后返回另一干燥器进行干燥。对预干燥器进行再生时，经其中一个干燥器干燥剂后的再生气从干燥器出气端流出进入蒸汽加热器加热至150℃，加热后的再生气进入预干燥器对其进行加热再生，从预干燥器流出的再生气进入第二冷却器冷却后进入水分离器进行水分离，最后返回另一干燥器进行干燥。两个干燥塔在一定时间段内交替进行干燥、加热及冷吹再生形成一个连续的工艺过程。

本实用新型的氢气纯化系统前端催化脱氧，后端深度脱水，能可靠的保证纯度指标；并且将蒸汽加热后得到的高温失饱和再生气应用于干燥剂的加热再生过程中，可有效降低能耗。

Claims (9)

1.一种低能耗氢气纯化系统，其特征是，包括通过管路连接的脱氧系统和干燥系统，所述脱氧系统包括通过管路连接的脱氧器（1）、第一冷却器（2）和高温型冷冻式干燥机（3），所述干燥系统包括第一干燥器（4）、第二干燥器（5）、预干燥器（6）、蒸汽加热器（7）、第二冷却器（8）和水分离器（9），所述高温型冷冻式干燥机分别与第一干燥器、第二干燥器和预干燥器的进气端通过管路连接，所述蒸汽加热器分别与第一干燥器、第二干燥器和预干燥器的出气端通过管路连接，所述第二冷却器的进气端分别与第一干燥器、第二干燥器和预干燥器的进气端通过管路连接，所述第二冷却器的出气端与水分离器的进气端通过管路连接，所述水分离器的出气端与分别与第一和第二干燥器的进气端通过管路连接，所述高温型冷冻式干燥机与第一干燥器和第二干燥器之间通过管路形成主气路；高温型冷冻式干燥机与预干燥器、蒸汽加热器、冷却器和第一、第二干燥器之间通过管路形成再生气路。

2.根据权利要求1所述的一种低能耗氢气纯化系统，其特征是，各装置之间的管路上分别设有与PLC连接的气动控制阀（10）。

3.根据权利要求1或2所述的一种低能耗氢气纯化系统，其特征是，所述高温型冷冻式干燥机与预干燥器之间设有相连接的流量计（11）和流量控制阀（12）。

4.根据权利要求1或2所述的一种低能耗氢气纯化系统，其特征是，所述脱氧器内设有脱氧催化剂，所述第一、第二和预干燥器内设有干燥剂。

5.根据权利要求1所述的一种低能耗氢气纯化系统，其特征是，所述高温型冷冻式干燥机将氢气冷却至5~8℃，干燥到-39℃常压露点。

6.根据权利要求1所述的一种低能耗氢气纯化系统，其特征是，所述第一干燥器和第二干燥器的空塔流速为0.2~0.3m/s，干燥时间为5.5~6s。

7.根据权利要求1所述的一种低能耗氢气纯化系统，其特征是，所述蒸汽加热器内的加热温度为140~160℃。

8.根据权利要求1所述的一种低能耗氢气纯化系统，其特征是，所述水分离器采用挡板+离心+丝网结合式水分离器。

9.根据权利要求1所述的一种低能耗氢气纯化系统，其特征是，所述第一和第二冷却器中采用紫铜翅片管进行换热。

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