CN216048690U - 一种含氢氧气的提纯液化系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种含氢氧气的提纯液化系统，包括依次设置的第一主换热器和第二主换热器，还包括脱氢塔，所述的脱氢塔包括蒸发器、精馏塔段和冷凝器，所述的第一主换热器和第二主换热器设置有制冷输送管和第一氮气输送管，制冷输送管的进口端上依次连通有脱氢装置和原料输送管，所述的脱氢装置包括脱氢管以及脱氢管上设置的钯触媒反应器，制冷输送管的出口端和精馏塔段相连通，第一主换热器和第二主换热器之间的制冷输送管和蒸发器的热源进口端通过制冷输送支管相连通，制冷输送支管上设置有第一调节阀。实现了去除氧气中混杂的少量氢气进而制出高纯液氧。本实用新型调节、使用方便，具有广泛的市场前景。

Description

一种含氢氧气的提纯液化系统
技术领域
本实用新型涉及氧气的纯化领域，具体涉及一种含氢氧气的提纯液化系统。
背景技术
随着石油资源日趋短缺、储量日益下降以及化石燃料利用带来的一系列环境问题日益严重，开发新型清洁能源已迫在眉睫。其中，氢能源作为一种高热值、环境友好、制备工艺简单、储运方便的新型清洁能源备受青睐，具有广泛的研究价值与应用前景。而电解水制氢因其产物纯度高、原料丰富等优势，成为当下研究的热点。
氧气作为电解水制氢的副产物，由于其的纯度很高同样是制取高纯氧气的重要原料，但是由于电解水工艺本身的限制，从电解水装置输送来的氧气常常会混杂少量氢气，通过简单吸附后低温液化难以达到完全去除氧气中混杂的少量氢气，制取的高纯液氧经常纯度偏低，因此难以得到大范围推广。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种能够去除氧气中混杂的少量氢气进而制出高纯液氧的含氢氧气的提纯液化系统，用于克服现有技术中缺陷。
本实用新型采用的技术方案为：一种含氢氧气的提纯液化系统，包括依次设置的第一主换热器和第二主换热器，还包括脱氢塔，所述的脱氢塔包括蒸发器、精馏塔段和冷凝器，所述的第一主换热器和第二主换热器设置有制冷输送管和第一氮气输送管，制冷输送管的进口端上依次连通有脱氢装置和原料输送管，所述的脱氢装置包括脱氢管以及脱氢管上设置的钯触媒反应器，制冷输送管的出口端和精馏塔段相连通，第一主换热器和第二主换热器之间的制冷输送管和蒸发器的热源进口端通过制冷输送支管相连通，制冷输送支管上设置有第一调节阀。
优选的，所述的脱氢装置还包括钯触媒反应器两侧的脱氢管上设置的第一截止阀，所述的脱氢装置的数量采用两个，两个所述的脱氢装置之间相互并联。
优选的，所述的第一氮气输送管的进口端上设置有缓冲罐的顶端，缓冲罐的底端和冷凝器的冷源进口端通过液氮输送管相连通，液氮输送管上设置有第二调节阀，第一氮气输送管和液氮输送管之间的缓冲罐连通有透平膨胀机的出口端，第一主换热器上设置有第二氮气输送管，第二氮气输送管的出口端和透平膨胀机的进口端相连通，第二氮气输送管上沿着第二氮气输送管的进口端至第一主换热器依次设置有第二截止阀、第一单向阀和第一增压机组，第一单向阀和第一增压机组之间的第二氮气输送管与第一氮气输送管的出口端相连通。
优选的，所述的制冷输送管上设置有在线色谱。
优选的，所述的冷凝器的热源出口端上设置有废气排放管，废气排放管上设置有第四调节阀，蒸发器的冷源出口端上设置有高纯液氧输送管，高纯液氧输送管上设置有第五调节阀，蒸发器的冷源通道上设置有液位计。
优选的，所述的制冷输送管沿着第一主换热器至精馏塔段依次设置有第三调节阀和第二单向阀，第二单向阀和精馏塔段之间的制冷输送管通过液氧输送管相连通，液氧输送管上设置有第六调节阀和第三单向阀。
优选的，所述的第一主换热器和第二主换热器上设置有第三氮气输送管，第三氮气输送管的进口端和冷凝器的冷源出口端相连通，冷凝器和第二主换热器之间的第三氮气输送管上设置有第七调节阀，第一单向阀和第一增压机组之间的第二氮气输送管与第三氮气输送管的出口端相连通，第三氮气输送管的出口端和第一主换热器之间的第三氮气输送管上设置有第四单向阀，第一氮气输送管的出口端第一主换热器之间第一氮气输送管上设置有第五单向阀。
本实用新型有益效果是：首先，本实用新型通过本实施例，实现了本产品通过钯触媒反应器的对钯触媒反应器将氧气内的氢气变换结合所述的脱氢塔对液氧的精馏去除了氧气内的绝大部分氢气形成高纯液氧，实现了对作为电解水副产品的氧气的充分利用。
其次，本实用新型所述的制冷输送管上设置有在线色谱，通过在线色谱反馈的数据方便推断出处于工作状态的所述的脱氢装置是否需要进行维修，进行系统切换。
最后，本实用新型蒸发器的冷源通道上均分别设置有液位计，方便调整第六调节阀、第三调节阀和第一调节阀的开度维持蒸发器的冷源通道的液位高度。
本实用新型具有结构简单，操作方便，设计巧妙，大大提高了工作效率，具有很好的社会和经济效益，是易于推广使用的产品。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种含氢氧气的提纯液化系统，包括依次设置的第一主换热器2和第二主换热器3，还包括脱氢塔，所述的脱氢塔、第一主换热器2和第二主换热器3的外侧安装有冷箱1，所述的脱氢塔从上至下依次包括蒸发器4、精馏塔段5和冷凝器6，蒸发器4冷源通道的进口端和精馏塔段5的底端相连通，冷凝器6冷源通道的进口端和精馏塔段5的顶端相连通，所述的第一主换热器2和第二主换热器3设置有制冷输送管7和第一氮气输送管8，制冷输送管7的进口端上依次连通有脱氢装置和原料输送管9，所述的脱氢装置包括脱氢管10以及脱氢管10上设置的钯触媒反应器11，钯触媒反应器11包括反应器壳体和钯触媒层，制冷输送管7的出口端和精馏塔段5相连通，第一主换热器2和第二主换热器3之间的制冷输送管7和蒸发器4的热源进口端通过制冷输送支管12相连通，制冷输送支管12上设置有第一调节阀13。
所述的脱氢装置还包括钯触媒反应器11两侧的脱氢管10上设置的第一截止阀14，所述的脱氢装置的数量采用两个，两个所述的脱氢装置之间相互并联。所述的制冷输送管7上设置有在线色谱23，通过安装在线色谱23，在线色谱23能够方便反馈一套所述的脱氢装置的负载是否足够，当通过在线色谱23反馈的数据推断出一套所述的脱氢装置的负载过大，不足以满足工艺所要求的脱氢标准时，则需要打开两套所述的脱氢装置同时工作，同时通过在线色谱23反馈的数据也可以推断出处于工作状态的所述的脱氢装置是否需要进行维修，进行系统切换。
所述的制冷输送管7沿着第一主换热器2至精馏塔段5依次设置有第三调节阀29和第二单向阀30，第二单向阀30和精馏塔段5之间的制冷输送管7通过液氧输送管31相连通，液氧输送管31上设置有第六调节阀32和第三单向阀33。所述的冷凝器6的热源出口端上设置有废气排放管24，废气排放管24上设置有第四调节阀25，蒸发器4的冷源出口端上设置有高纯液氧输送管26，高纯液氧输送管26上设置有第五调节阀27，冷凝器6的冷源通道和蒸发器4的冷源通道上均分别设置有液位计28，蒸发器4的冷源通道上安装液位计28是为了方便调整第六调节阀32、第三调节阀29和第一调节阀13的开度维持蒸发器4的冷源通道的液位高度。
所述的第一主换热器2和第二主换热器3上设置有第三氮气输送管34，第三氮气输送管34的进口端和冷凝器6的冷源出口端相连通，冷凝器6和第二主换热器3之间的第三氮气输送管34上设置有第七调节阀35，第一单向阀21和第一增压机组22之间的第二氮气输送管19与第三氮气输送管34的出口端相连通，第三氮气输送管34的出口端和第一主换热器2之间的第三氮气输送管34上设置有第四单向阀36，第一氮气输送管8的出口端第一主换热器2之间第一氮气输送管8上设置有第五单向阀37。
所述的第一氮气输送管8的进口端上设置有缓冲罐15的顶端，缓冲罐15上同样安装有液位计28，缓冲罐15的底端和冷凝器6的冷源进口端通过液氮输送管16相连通，液氮输送管16上设置有第二调节阀17，第一氮气输送管8和液氮输送管16之间的缓冲罐15连通有透平膨胀机18的出口端，第一主换热器2上设置有第二氮气输送管19，第二氮气输送管19的出口端和透平膨胀机18的进口端相连通，第二氮气输送管19输送的氮气通过透平膨胀机18后膨胀做功形部分被液化形成气液混合物，从缓冲罐15的侧面进入到缓冲罐15的内腔中气体经过多次反弹，绝大多数雾状液滴凝结在缓冲罐15内壁上并且顺着缓冲罐15内壁流至缓冲罐15内腔的底部进行暂存气相部分通过缓冲罐15的顶端进入到第一氮气输送管8内，进入到第一氮气输送管8内的气体作为第一主换热器2和第二主换热器3的其中一个冷源。第二氮气输送管19上沿着第二氮气输送管19的进口端至第一主换热器2依次设置有第二截止阀20、第一单向阀21和第一增压机组22，第一单向阀21和第一增压机组22之间的第二氮气输送管19与第一氮气输送管8的出口端相连通。
本产品使用方法如下：如图1所示，在正式运行本产品之前需要进行系统的预运行过程，向第二氮气输送管19通入氮气，所述的氮气在第一增压机组22的增压后再进入到透平膨胀机18，通过透平膨胀机18后所述的氮气对外膨胀做功其内能下降温度降低并且部分被液化形成气液混合物进入到缓冲罐15内，气相部分携带少部分雾化液滴进入到第一氮气输送管8，形成第一主换热器2和第二主换热器3的其中一个冷源，通过第一氮气输送管8后次进入到第二氮气输送管19再经过第一增压机组22的增压形成循环，当缓冲罐15上的液位高度到达缓冲罐15液位的预设高度后，打开第二调节阀17，缓冲罐15内的部分液氮通过液氮输送管16输送到冷凝器6的冷源通道内，当冷凝器6的冷源通道内液氮到达冷凝器6的冷源通道内的预设高度后，被关闭第二调节阀17；当缓冲罐15上的液位高度再次到达缓冲罐15液位的预设高度后，预运行过程结束。
当完成预运行过程后，从电解水装置传送过来的氧气依次通过原料输送管9和脱氢管10，经脱氢管10上的钯触媒反应器11将氧气内的大部分氢气变换除去后送入制冷输送管7；进入制冷输送管7的氧气作为一个热源经过第一主换热器2后被降温形成低温氧气然后再经过第二主换热器3的降温后形成液氧而后通过精馏塔段5送入蒸发器4的冷源通道内作为蒸发器4的冷源；与此同时，打开第一调节阀13部分所述的低温氧气通过制冷输送支管12送入送入蒸发器4的热源通道作为蒸发器4的热源。
蒸发器4的冷源和蒸发器4的热源发生热交换，冷凝器6的冷源通道内的液氧部分持续被汽化进入到精馏塔段5内和新进入精馏塔段5内的液氧发生热交换，气相部分上升至冷凝器6的热源通道和冷凝器6的冷源通道氧气部分再次被液化从新向蒸发器4滑落，然后在精馏塔段5内形成精馏过程；冷凝器6的冷源通道内的液氮由于发生热交换部分被汽化，气相部分通过第三氮气输送管34作为第一主换热器2的第二主换热器3另一个冷源发生热交换，最后进入到第二氮气输送管19内。
当精馏到预设时间后，打开第四调节阀25，冷凝器6的冷源通道内不凝气通过废气排放管24排出并输送到燃烧装置进行燃烧处理；经过精馏预设时间后，蒸发器4的冷源通道形成高纯液氧，打开第五调节阀27，将部分所述的高纯液氧送入相应的储藏容器中进行储存。
通过本实施例，实现了本产品通过钯触媒反应器11的对钯触媒反应器11将氧气内的氢气变换结合所述的脱氢塔对液氧的精馏去除了氧气内的绝大部分氢气形成高纯液氧，实现了对作为电解水副产品的氧气的充分利用，形成的高纯液氧市场价值高，便于大范围推广应用。
本实用新型是满足于氧气的纯化领域工作者需要的一种含氢氧气的提纯液化系统，使得本实用新型具有广泛的市场前景。

Claims (7)

1.一种含氢氧气的提纯液化系统，包括依次设置的第一主换热器(2)和第二主换热器(3)，还包括脱氢塔，所述的脱氢塔包括蒸发器(4)、精馏塔段(5)和冷凝器(6)，其特征在于：所述的第一主换热器(2)和第二主换热器(3)设置有制冷输送管(7)和第一氮气输送管(8)，制冷输送管(7)的进口端上依次连通有脱氢装置和原料输送管(9)，所述的脱氢装置包括脱氢管(10)以及脱氢管(10)上设置的钯触媒反应器(11)，制冷输送管(7)的出口端和精馏塔段(5)相连通，第一主换热器(2)和第二主换热器(3)之间的制冷输送管(7)和蒸发器(4)的热源进口端通过制冷输送支管(12)相连通，制冷输送支管(12)上设置有第一调节阀(13)。
2.根据权利要求1所述的含氢氧气的提纯液化系统，其特征在于：所述的脱氢装置还包括钯触媒反应器(11)两侧的脱氢管(10)上设置的第一截止阀(14)，所述的脱氢装置的数量采用两个，两个所述的脱氢装置之间相互并联。
3.根据权利要求1所述的含氢氧气的提纯液化系统，其特征在于：所述的第一氮气输送管(8)的进口端上设置有缓冲罐(15)的顶端，缓冲罐(15)的底端和冷凝器(6)的冷源进口端通过液氮输送管(16)相连通，液氮输送管(16)上设置有第二调节阀(17)，第一氮气输送管(8)和液氮输送管(16)之间的缓冲罐(15)连通有透平膨胀机(18)的出口端，第一主换热器(2)上设置有第二氮气输送管(19)，第二氮气输送管(19)的出口端和透平膨胀机(18)的进口端相连通，第二氮气输送管(19)上沿着第二氮气输送管(19)的进口端至第一主换热器(2)依次设置有第二截止阀(20)、第一单向阀(21)和第一增压机组(22)，第一单向阀(21)和第一增压机组(22)之间的第二氮气输送管(19)与第一氮气输送管(8)的出口端相连通。
4.根据权利要求1所述的含氢氧气的提纯液化系统，其特征在于：所述的制冷输送管(7)上设置有在线色谱(23)。
5.根据权利要求1所述的含氢氧气的提纯液化系统，其特征在于：所述的冷凝器(6)的热源出口端上设置有废气排放管(24)，废气排放管(24)上设置有第四调节阀(25)，蒸发器(4)的冷源出口端上设置有高纯液氧输送管(26)，高纯液氧输送管(26)上设置有第五调节阀(27)，蒸发器(4)的冷源通道上设置有液位计(28)。
6.根据权利要求2所述的含氢氧气的提纯液化系统，其特征在于：所述的制冷输送管(7)沿着第一主换热器(2)至精馏塔段(5)依次设置有第三调节阀(29)和第二单向阀(30)，第二单向阀(30)和精馏塔段(5)之间的制冷输送管(7)通过液氧输送管(31)相连通，液氧输送管(31)上设置有第六调节阀(32)和第三单向阀(33)。
7.根据权利要求3所述的含氢氧气的提纯液化系统，其特征在于：所述的第一主换热器(2)和第二主换热器(3)上设置有第三氮气输送管(34)，第三氮气输送管(34)的进口端和冷凝器(6)的冷源出口端相连通，冷凝器(6)和第二主换热器(3)之间的第三氮气输送管(34)上设置有第七调节阀(35)，第一单向阀(21)和第一增压机组(22)之间的第二氮气输送管(19)与第三氮气输送管(34)的出口端相连通，第三氮气输送管(34)的出口端和第一主换热器(2)之间的第三氮气输送管(34)上设置有第四单向阀(36)，第一氮气输送管(8)的出口端第一主换热器(2)之间第一氮气输送管(8)上设置有第五单向阀(37)。
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