CN217972599U - 一种用于水电解氢气纯化的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于水电解氢气纯化的装置，包括氢气干燥器、再生氢气冷却器、再生氢气水分离器、通断阀和氢气管道，其中氢气干燥器包括氢气吸附干燥A塔、氢气吸附干燥B塔、氢气吸附干燥C塔。以其中一个工作周期为例，待干燥的氢气首先进入氢气吸附干燥A塔，一部分氢气排出收集，一部分氢气再依次经过氢气吸附干燥B塔，再生氢气冷却器、再生氢气水分离器、氢气吸附干燥C塔排出收集产品氢气。本实用新型通过三个氢气吸附干燥塔内吸附剂循环吸附‑解吸，完成吸附干燥塔全气体干燥、再生、再生氢气干燥工作过程，实现粗氢“零损失”、连续、高效干燥纯化。

Description

一种用于水电解氢气纯化的装置

技术领域

本实用新型涉及电解水制氢领域，具体地说是涉及一种用于水电解氢气纯化的装置。

背景技术

电解水制氢法是在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气，然后分别进入氢分离器和氧分离器，在重力作用下，气体向上，碱液向下，氢气和氧气与电解液分离。在电解水制氢行业中，氧气一般直接排入大气中，氢气被收集利用。但是，仅通过上述流程分离出的氢气中含有部分饱和水汽，无法直接应用在半导体器件生产、有色金属冶炼和加工、氢供能等领域。因此，有必要设计一种高效、安全可靠、操作方便的粗氢纯化装置。

实用新型内容

基于上述技术问题，本实用新型提出一种用于水电解氢气纯化的装置，以解决水电解制氢气过程中氢气含水量高的问题，从而获得高纯度氢气并进行工业应用。

本实用新型所采用的技术解决方案是：

一种用于水电解氢气纯化的装置，包括氢气干燥器、再生氢气冷却器和再生氢气水分离器，所述氢气干燥器包括至少两个氢气吸附干燥塔，分别为氢气吸附干燥A塔和氢气吸附干燥B塔，氢气吸附干燥A塔的第一端口通过第一管道连接待干燥氢气输送主管道，在第一管道上设置有待干燥气进A阀，氢气吸附干燥A塔的第二端口通过第二管道连接合格氢气排出管道，在第二管道上设置有干燥气出A阀；

所述第二管道还通过第三管道连接氢气吸附干燥B塔的第二端口，在第三管道上设置有再生用气A阀和再生用气B阀；氢气吸附干燥B塔的第一端口通过第四管道连接再生氢气冷却器的一端口，在第四管道上设置有再生气排气B阀，再生氢气冷却器的另一端口通过第五管道连接再生氢气水分离器；

所述待干燥氢气输送主管道通过第六管道连接氢气吸附干燥B塔的第一端口，在第六管道上设置有待干燥气进B阀，氢气吸附干燥B塔通过第七管道连接合格氢气排出管道，在第七管道上设置有干燥气出B阀；

所述第一管道还通过第八管道连接再生氢气冷却器，在第八管道上设置有再生气排气A 阀。

优选的，所述氢气干燥器还包括氢气吸附干燥C塔，所述再生氢气水分离器通过第九管道连接氢气吸附干燥C塔的第一端口，在第九管道上设置有再生气干燥进C阀，所述氢气吸附干燥C塔通过第十管道连接合格氢气排出管道，在第十管道上设置干燥气出C阀。

优选的，所述氢气吸附干燥C塔的第一端口通过第十一管道与待干燥氢气输送主管道连接，在第十一管道上设置有待干燥气进C阀；

所述氢气吸附干燥C塔的第二端口通过第十二管道与第三管道连通，在第十二管道上设置有再生用气C阀；

所述第十一管道还通过第十三管道与第八管道相连通，在第十三管道上设置有再生气排气C阀；

所述再生氢气水分离器通过第十四管道连接第一管道，在第十四管道上设置有再生气干燥进A阀；所述第十四管道通过第十五管道与第六管道连通，在第十五管道上设置有再生气干燥进B阀。

优选的，所述再生氢气水分离器的底部连接有排水管道，在排水管道上设置有排水阀；所述再生氢气冷却器连接冷却水进水管和冷却水出水管。

优选的，所述氢气吸附干燥A塔、氢气吸附干燥B塔和氢气吸附干燥C塔的内部均设置有吸附剂和加热装置。

优选的，所述合格氢气排出管道还连接有排空管道，在排空管道上设置有排空阀。

本实用新型的有益技术效果是：

1、本实用新型通过多个氢气吸附干燥塔内吸附剂循环吸附-解吸，完成吸附干燥塔全气体干燥、再生、再生氢气干燥工作过程，实现粗氢“零损失”、连续、高效干燥纯化。

2、本实用新型通过单个再生氢气冷却器、单个再生氢气水分离器即可完成三个氢气吸附干燥塔的吸附水去除，再生氢气初次纯化，设计灵活，工艺简化，操作简单。

3、本实用新型的水电解氢气纯化装置，能够安全、高效的纯化干燥水电解产生的粗氢，促进氢能源工业化应用，有效避免可燃氢气对空气环境的污染。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的结构原理示意图。

具体实施方式

结合附图，一种用于水电解氢气纯化的装置，包括氢气干燥器、再生氢气冷却器1、再生氢气水分离器2、通断阀和氢气管道。其中氢气干燥器包括氢气吸附干燥A塔3、氢气吸附干燥B塔4、氢气吸附干燥C塔5。通断阀包括待干燥气进A阀6、再生气排气A阀7、再生气干燥进A阀8、干燥气出A阀9、再生用气A阀10、待干燥气进B阀11、再生气排气B阀12、再生气干燥进B阀13、干燥气出B阀14、再生用气B阀15、待干燥气进C阀16、再生气排气C阀17、再生气干燥进C阀18、干燥气出C阀19、再生用气C阀20。氢气管道包括第一管道21、第二管道22、第三管道23、第四管道24、第五管道25、第六管道26、第七管道27、第八管道28、第九管道29、第十管道30、第十一管道31、第十二管道32、第十三管道33、第十四管道34、第十五管道35等。

具体连接结构如图1所示，氢气吸附干燥A塔3的第一端口通过第一管道21连接待干燥氢气输送主管道36，在第一管道21上设置有待干燥气进A阀6。氢气吸附干燥A塔3的第二端口通过第二管道22连接合格氢气排出管道37，在第二管道22上设置有干燥气出A阀9。所述第二管道22还通过第三管道23连接氢气吸附干燥B塔4的第二端口，在第三管道23上设置有再生用气A阀10和再生用气B阀15。氢气吸附干燥B塔4的第一端口通过第四管道 24连接再生氢气冷却器1的一端口，在第四管道24上设置有再生气排气B阀12，再生氢气冷却器的另一端口通过第五管道25连接再生氢气水分离器2。所述待干燥氢气输送主管道36 通过第六管道26连接氢气吸附干燥B塔4的第一端口，在第六管道上设置有待干燥气进B阀 11。氢气吸附干燥B塔通过第七管道27连接合格氢气排出管道37，在第七管道上设置有干燥气出B阀14。所述第一管道21还通过第八管道28连接再生氢气冷却器1，在第八管道28 上设置有再生气排气A阀7。

所述再生氢气水分离器2通过第九管道29连接氢气吸附干燥C塔5的第一端口，在第九管道上设置有再生气干燥进C阀18，所述氢气吸附干燥C塔通过第十管道30连接合格氢气排出管道，在第十管道上设置干燥气出C阀19。所述氢气吸附干燥C塔的第一端口通过第十一管道31与待干燥氢气输送主管道连接，在第十一管道上设置有待干燥气进C阀16。所述氢气吸附干燥C塔的第二端口通过第十二管道32与第三管道23连通，在第十二管道上设置有再生用气C阀20。所述第十一管道31还通过第十三管道33与第八管道28相连通，在第十三管道33上设置有再生气排气C阀17。所述再生氢气水分离器2通过第十四管道34连接第一管道，在第十四管道上设置有再生气干燥进A阀8。所述第十四管道34通过第十五管道 35与第六管道连通，在第十五管道35上设置有再生气干燥进B阀13。

上述再生氢气水分离器2的底部连接有排水管道38，在排水管道38上设置有排水阀39。排水管道38可进一步与冷凝水循环利用管道连接。再生氢气水分离器2将冷凝后的水分捕集，完成氢气和水的分离过程。通过再生氢气水分离器2分离出的水可作为冷凝水循环使用。所述再生氢气冷却器1还连接冷却水进水管40和冷却水出水管41。再生氢气冷却器用于将再生过程完成后排出的水分冷凝，便于下一步氢气和水分离。

上述氢气吸附干燥A塔3、氢气吸附干燥B塔4和氢气吸附干燥C塔5的内部均设置有吸附剂和加热装置。吸附剂用于吸附净化粗氢中的水分，加热装置将吸附剂中的水分脱除，实现吸附剂的再生。

上述合格氢气排出管道37还连接有排空管道42，在排空管道42上设置有排空阀43。

上述水电解氢气纯化装置工作过程包括三个工作周期，三个吸附干燥塔依次完成全气体干燥、再生、再生氢气干燥三种工作状态，实现氢气吸附干燥塔循环再生，氢气连续、高效纯化。

每个工作周期工作时间为4h，水电解氢气纯化装置工作过程以12h为一个循环状态。

所述第一工作周期，纯化氢气包括如下步骤：待干燥氢气通过待干燥氢气输送主管道36、第一管道21、待干燥气进A阀6，进入氢气吸附干燥A塔3，氢气中的水分被分子筛吸附，完成全部氢气的干燥纯化，然后，90％的氢气通过第二管道22和干燥气出A阀9流出合格氢气，并通过合格氢气排出管道37输送进一步被收集利用。

另外10％的氢气通过第三管道23、再生用气A阀10、再生用气B阀15进入氢气吸附干燥B塔4，此时加热装置加热工作，分子筛吸附剂在上个周期吸附的水分解吸，完成吸附剂的再生，加热装置停止工作。流出的氢气和水蒸气继续通过第六管道26和再生气排气阀B阀12，进入再生氢气冷却器1，水蒸气冷凝成液态水，然后通过第五管道25进入再生氢气水分离器2，捕集水分。

最后，10％的再生氢气通过第九管道29、再生气干燥进C阀18和第十一管道31，进入氢气吸附干燥C塔5，将10％的氢气彻底干燥纯化，并通过第十管道30和干燥气出C阀19流出，进入合格氢气排出管道37，与90％的干燥氢气混合，收集合格产品氢气。

所述第二工作周期，纯化氢气包括如下步骤：待干燥氢气通过待干燥氢气输送主管道36、第六管道26、待干燥气进B阀11，进入氢气吸附干燥B塔4，氢气中的水分被吸附，完成全部氢气的干燥纯化。然后，90％的氢气通过第七管道27和干燥气出B阀14流出合格氢气，并进一步被收集利用。

另外10％的氢气通过再生用气B阀15、第十二管道32、再生用气C阀20进入氢气吸附干燥C塔5，此时加热装置加热工作，分子筛吸附剂在上个周期吸附的水分解吸，完成吸附剂的再生。加热装置停止工作，流出的氢气和水蒸气继续通过第十一管道31和再生气排气阀 C阀17、第十三管道33，进入再生氢气冷却器1，将水蒸气冷凝成液态水，然后通过第五管道25进入再生氢气水分离器，捕集水分。

最后，10％的再生氢气通过第十四管道34、再生气干燥进A阀8，进入氢气吸附干燥A塔 3，将10％的氢气彻底干燥纯化，并通过第二管道22和干燥气出A阀9流出，与90％的干燥氢气混合，收集合格产品氢气。

所述第三工作周期，纯化氢气包括如下步骤：待干燥氢气通过待干燥氢气输送主管道36、第十一管道31、待干燥气进C阀16，进入氢气吸附干燥C塔5，氢气中的水分被吸附，完成全部氢气的干燥纯化。然后，90％的氢气通过第十管道30和干燥气出C阀19流出合格氢气，并进一步被收集利用。

另外10％的氢气通过第十二管道32、再生用气C阀20、再生用气A阀10进入氢气吸附干燥A塔，此时加热器加热工作，分子筛吸附剂在上个周期吸附的水分解吸，完成吸附剂的再生。加热器停止工作，流出的氢气和水蒸气继续通过第八管道28和再生气排气A阀7，进入再生氢气冷却器1，将水蒸气冷凝成液态水，然后通过第五管道25进入再生氢气水分离器2，捕集水分。

最后，10％的再生氢气通过第十五管道35、再生气干燥进B阀13，进入氢气吸附干燥B 塔4，将10％的氢气彻底干燥纯化，并通过第七管道27和干燥气出B阀14流出，与90％的干燥氢气混合，收集合格产品氢气。

综上，三个工作周期中各个吸附干燥塔的工作状态如下表1所示：

表1

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种用于水电解氢气纯化的装置，其特征在于：包括氢气干燥器、再生氢气冷却器和再生氢气水分离器，所述氢气干燥器包括至少两个氢气吸附干燥塔，分别为氢气吸附干燥A塔和氢气吸附干燥B塔，氢气吸附干燥A塔的第一端口通过第一管道连接待干燥氢气输送主管道，在第一管道上设置有待干燥气进A阀，氢气吸附干燥A塔的第二端口通过第二管道连接合格氢气排出管道，在第二管道上设置有干燥气出A阀；

所述第二管道还通过第三管道连接氢气吸附干燥B塔的第二端口，在第三管道上设置有再生用气A阀和再生用气B阀；氢气吸附干燥B塔的第一端口通过第四管道连接再生氢气冷却器的一端口，在第四管道上设置有再生气排气B阀，再生氢气冷却器的另一端口通过第五管道连接再生氢气水分离器；

所述待干燥氢气输送主管道通过第六管道连接氢气吸附干燥B塔的第一端口，在第六管道上设置有待干燥气进B阀，氢气吸附干燥B塔通过第七管道连接合格氢气排出管道，在第七管道上设置有干燥气出B阀；

所述第一管道还通过第八管道连接再生氢气冷却器，在第八管道上设置有再生气排气A阀。

2.根据权利要求1所述的一种用于水电解氢气纯化的装置，其特征在于：所述氢气干燥器还包括氢气吸附干燥C塔，所述再生氢气水分离器通过第九管道连接氢气吸附干燥C塔的第一端口，在第九管道上设置有再生气干燥进C阀，所述氢气吸附干燥C塔通过第十管道连接合格氢气排出管道，在第十管道上设置干燥气出C阀。

3.根据权利要求2所述的一种用于水电解氢气纯化的装置，其特征在于：所述氢气吸附干燥C塔的第一端口通过第十一管道与待干燥氢气输送主管道连接，在第十一管道上设置有待干燥气进C阀；

所述氢气吸附干燥C塔的第二端口通过第十二管道与第三管道连通，在第十二管道上设置有再生用气C阀；

所述第十一管道还通过第十三管道与第八管道相连通，在第十三管道上设置有再生气排气C阀；

所述再生氢气水分离器通过第十四管道连接第一管道，在第十四管道上设置有再生气干燥进A阀；所述第十四管道通过第十五管道与第六管道连通，在第十五管道上设置有再生气干燥进B阀。

4.根据权利要求1所述的一种用于水电解氢气纯化的装置，其特征在于：所述再生氢气水分离器的底部连接有排水管道，在排水管道上设置有排水阀；所述再生氢气冷却器连接冷却水进水管和冷却水出水管。

5.根据权利要求2所述的一种用于水电解氢气纯化的装置，其特征在于：所述氢气吸附干燥A塔、氢气吸附干燥B塔和氢气吸附干燥C塔的内部均设置有吸附剂和加热装置。

6.根据权利要求1所述的一种用于水电解氢气纯化的装置，其特征在于：所述合格氢气排出管道还连接有排空管道，在排空管道上设置有排空阀。

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