CN219091580U - 一种通过psa变压吸附提纯的制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种通过PSA变压吸附提纯的制氢系统，可以对PSA变压吸附子系统中双缸的进气侧和出气侧的氢气进行预过滤和后过滤，有效避免氢气中的微型颗粒阻塞提纯缸/再生缸内吸附剂颗粒的透气性能，从而影响PSA变压吸附子系统的稳定持续提纯作业。具体地，通过在A缸和B缸的进气端的第一管路和第二管路上、A缸和B缸的出气端的第三管路和第四管路上分别设置T型过滤器，在第三管路和第四管路之间设置第五管路连通，在第五管路上设置有第一精度调节阀；在第一管路和第二管路与氢气输入管路之间设置有进气排气阀组，进气排气阀组的进气端与氢气输入管路连通，其出气端与第三管路和第四管路连通，其排气端通过排气管路与水封连通。
Description
技术领域
本实用新型涉及电解水制氢的技术领域，尤其涉及一种通过PSA变压吸附提纯的制氢系统。
背景技术
在PEM纯水电解制氢工艺中，只需要除去氢气中水蒸气就能够得到高纯度氢气。目前，从氢气中脱除水蒸气的方式主要以汽水分离器干燥+PSA变压吸附提纯结合来实现，电解槽产生的氢气通过管路输送至汽水分离器进行干燥，以脱除氢气中液态水和大部分的水蒸气；再送入PSA变压吸附子系统中进一步提纯，从而得到纯度高达99.999%的氢气。PSA变压吸附子系统能否持续稳定运行是保证制氢系统输出高纯度的关键因素之一，因此，设置一套能够对氢气进行稳定提纯的PSA变压吸附系统是非常有必要的。
实用新型内容
本实用新型提供一种通过PSA变压吸附提纯的制氢系统，可以对PSA变压吸附子系统中双缸的进气侧和出气侧的氢气进行预过滤和后过滤，有效避免氢气中的微型颗粒阻塞提纯缸/再生缸内吸附剂颗粒的透气性能，从而影响PSA变压吸附子系统的稳定持续提纯作业。
本实用新型的技术方案如下：
一种通过PSA变压吸附提纯的制氢系统，应用于PEM纯水电解制氢装置中，包括电解槽、汽水分离器以及PSA变压吸附子系统，电解槽的氢气出口通过管路依次与汽水分离器、PSA变压吸附子系统连通；所述PSA变压吸附子系统包括内部填充有用于吸附水蒸气吸附剂的A缸和B缸，所述A缸和B缸的进气端分别通过第一管路和第二管路与氢气输入管路连接，所述A缸和B缸的出气端分别通过第三管路和第四管路与氢气输出管路连接；
所述第一管路、第二管路、第三管路以及第四管路上分别设置第一T型过滤器、第二T型过滤器、第三T型过滤器以及第四T型过滤器；
所述第三管路和第四管路之间通过第五管路连通，所述第五管路上设置有第一精度调节阀；
所述第一管路和第二管路与氢气输入管路之间设置有进气排气阀组，所述进气排气阀组的进气端与氢气输入管路连通，其出气端与所述第三管路和第四管路连通，其排气端通过排气管路与水封连通。
可选地，所述进气排气阀组包括A缸进气阀、A缸排气阀、B缸进气阀以及B缸排气阀，所述A缸进气阀的第一端和B缸进气阀的第一端与氢气输入管路连接，所述A缸进气阀的第二端和A缸排气阀的第一端与第一管路连接，所述B缸进气阀的第二端和B缸排气阀的第一端与第二管路连接，所述A缸排气阀的第二端和B缸排气阀的第二端通过第六管路与水封连接。
可选地，所述氢气输入管路与所述水封之间通过第七管路连通，所述第七管路上设置有并联的排空阀和比例卸荷阀。
可选地，所述氢气输入管路上设置有第一压力传感器。
可选地，所述第三管路和第四管路上分别设置有第二压力传感器和第三压力传感器。
可选地，所述第三T型过滤器和第四T型过滤器的出气侧分别设置有第一单向阀和第二单向阀。
可选地，所述氢气输出管路上沿氢气输出方向依次设置背压阀、第一调压阀、第二精度调节阀以及第三单向阀。
可选地，还包括取样管路，所述取样管路上设置有连接点，所述连接点通过第八管路与氢气输出管路的连通，所述连接点与取样端之间的管路上沿氢气取样方向依次设置第二调压阀、流量计以及露点检测仪，所述连接点与卸荷端之间的管路上设置有卸荷阀，所述卸荷端与所述水封连接。
根据本实用新型提供的通过PSA变压吸附提纯的制氢系统，通过对PSA变压吸附子系统进行改进，使得氢气进入PSA变压吸附子系统能够被持续稳定地提纯，从而满足制氢系统对氢气进行稳定高效地提纯需要，为制氢系统输出高纯度氢气提供技术支撑。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。
本实用新型提供的通过PSA变压吸附提纯的制氢系统，应用于PEM纯水电解制氢装置中，包括电解槽200、汽水分离器300以及PSA变压吸附子系统100，电解槽的氢气出口通过管路依次与汽水分离器、PSA变压吸附子系统连通。在本实施例中，主要改进在于PSA变压吸附子系统，使得氢气进入PSA变压吸附子系统能够被持续稳定地提纯，从而满足制氢系统对氢气进行稳定高效地提纯需要，为制氢系统输出高纯度氢气提供技术支撑。
具体的，图1所示，该PSA变压吸附子系统包括主要由内部填充有吸附剂的A缸16和B缸11以及水封28组成。
A缸和B缸内设置由用于吸附水蒸气用的吸附剂，吸附剂具体可以为分子筛、活性氧化铝、活性炭、硅胶、沸石等固体吸湿颗粒，这些颗粒能够在经过氢气经过时从氢气中吸附残留水蒸气。
A缸和B缸的进气端分别通过第一管路和第二管路与氢气输入管路连接，两者的出气端分别设置由第三管路和第四管路与氢气输出管路连接。在第一管路和第二管路与氢气输入管路之间设置有进气排气阀组，进气排气阀组的进气端与氢气输入管路连通，其出气端与所述第三管路和第四管路连通，其排气端通过排气管路与水封连通。
第一管路、第二管路、第三管路以及第四管路上分别设置第一T型过滤器7、第二T型过滤器6、第三T型过滤器15以及第四T型过滤器10。
第三管路和第四管路之间还通过第五管路连通，并在第五管路上设置有第一精度调节阀12。
第一管路和第二管路与氢气输入管路之间设置有进气排气阀组，进气排气阀组的进气端与氢气输入管路连通，其出气端与所述第三管路和第四管路连通，其排气端通过排气管路与水封连通。
具体地，进气排气阀组包括A缸进气阀2、A缸排气阀4、B缸进气阀3以及B缸排气阀5，A缸进气阀的第一端和B缸进气阀的第一端与氢气输入管路连接，A缸进气阀的第二端和A缸排气阀的第一端与第一管路连接，B缸进气阀的第二端和B缸排气阀的第一端与第二管路连接，A缸排气阀的第二端和B缸排气阀的第二端通过第六管路与水封连接。
如图1所示，当A缸工作时，A缸进气阀、B缸排气阀以及第一精度调节阀打开，氢气自氢气输出管路进入PSA变压吸附子系统，依次经A缸进气阀、第一T型过滤器进入A缸提纯；提纯后的氢气第三T型过滤器后，大部分进入氢气输出管路对外排出，少部分通过第一精度调节阀反向吹洗B缸，将B缸内吸附剂吸收的水蒸气吹走，使得B缸内的吸附剂再生，而吹出的水蒸气随氢气通过第四T型过滤器和B缸排气阀进入水封后排出系统。同理，B缸工作时也会反向吹扫A缸内吸附剂吸收的水蒸气，使得A缸内的吸附剂再生。双缸交替循环工作，保障双缸干燥功能稳定，可以长时间工作而非必须短时间更换缸内干燥材料。
其中，第一T型过滤器能够对进入A缸的氢气进行过滤，滤掉氢气中携带的微型颗粒杂质，以避免这些微型颗粒杂质堵塞A缸内吸附剂颗粒上的微孔结构，避免长时间的干燥提纯后影响缸内吸附剂的透气性能，从而导致提纯子系统不能稳定持续的运行；第三T型过滤器则是用于对A缸输出的氢气进行过滤，避免缸体内流入出氢气将部分吸附颗粒的微型碎屑带出，影响到输出氢气的纯度，第二T型过滤器和第四T型过滤器的作用同理，用于避免B缸堵塞，以及将B缸内的微型碎屑带出，影响到输出氢气的纯度。
水封的作用主要是排气，当A缸/B缸工作时，释放吹洗彼此的废气（不被收集的氢气）通过水封排放到外界。另外，当整个系统内有堵塞、阀门失效导致管道内气压过高，为保护整个系统管路，水封能够作为排出管内过量气体的通道。
并且，在氢气输入管路与水封之间通过第七管路连通，第七管路上设置有并联的排空阀27和比例卸荷阀26，排空阀的第一端和比例卸荷阀的第一端与氢气输入管路连通，排空阀的第二端和比例卸荷阀的第二端与水封连通。当进入提纯子系统的氢气压力超过子系统的入口压力时，可通过比例卸荷阀进行卸压，卸压废气通过水封排放到外界，依次避免氢气输入压力多大而影响提纯子系统的稳定性。在结束提纯工作时，可通过排空阀将管路内残留的氢气放空，避免影响子系统的下次提纯。
在氢气输入管路上设置有第一压力传感器1，用于监测氢气的输入压力，以便于在输入压力过大或者过小时进行告警，利于工作人员对系统及时维护。
在第三管路和第四管路上分别设置有第二压力传感器14和第三压力传感器9，以此来监测A缸/B缸输出的氢气压力是否符合要求，进而判断A缸/B缸是否出现堵塞情况，以便于及时对A缸/B缸进行维护，确保提纯子系统的持续稳定运行。
在第三T型过滤器和第四T型过滤器的出气侧分别设置有第一单向阀13和第二单向阀8，避免氢气输出后的逆流
在氢气输出管路上沿氢气输出方向依次设置背压阀17、第一调压阀18、第四压力传感器19、第二精度调节阀20以及第三单向阀21，以此来保证提纯子系统的出氢压力稳定；另外，可通过调节背压阀，调节用户出气压力的大小。
作为可选地，在该提纯子系统还增设一个与氢气输出管路并联的取样管路，该取样管路的与氢气输出管路平行设置，其左端为取样口，右端为卸荷端，管路上设置连接点，取样口与氢气出口同侧引出，卸荷端与水封连接。连接点通过第八管路与氢气输出管路的连通，连接点与取样端之间的管路上沿氢气取样方向依次设置第二调压阀23、流量计24以及露点检测仪25，连接点与卸荷端之间的管路上设置有卸荷阀22。当经过A缸或者B缸输出的进入氢气输出管路后，可先关闭氢气输出管路上的控制阀门，使得提纯氢气进入取样管路。氢气进入取样管路后，在卸荷阀的作用下会卸去多余的压力，然后通过调压阀调压至露点检测仪能够承受的气压，最后由露点检测仪对提纯氢气的含水率进行测定。流量计用于检测氢气流量是否在露点检测仪的设计范围内，以保证露点检测仪测量结果的准确性。
通过上述取样回路设计，能够精准检测干燥提纯后氢气的湿度，误差小，保证对氢气纯度的检测的准确性和精度。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种通过PSA变压吸附提纯的制氢系统，应用于PEM纯水电解制氢装置中，包括电解槽、汽水分离器以及PSA变压吸附子系统，电解槽的氢气出口通过管路依次与汽水分离器、PSA变压吸附子系统连通，其特征在于，所述PSA变压吸附子系统包括内部填充有用于吸附水蒸气吸附剂的A缸和B缸，所述A缸和B缸的进气端分别通过第一管路和第二管路与氢气输入管路连接，所述A缸和B缸的出气端分别通过第三管路和第四管路与氢气输出管路连接；
所述第一管路、第二管路、第三管路以及第四管路上分别设置第一T型过滤器、第二T型过滤器、第三T型过滤器以及第四T型过滤器；
所述第三管路和第四管路之间通过第五管路连通，所述第五管路上设置有第一精度调节阀；
所述第一管路和第二管路与氢气输入管路之间设置有进气排气阀组，所述进气排气阀组的进气端与氢气输入管路连通，其出气端与所述第三管路和第四管路连通，其排气端通过排气管路与水封连通。
2.根据权利要求1所述的通过PSA变压吸附提纯的制氢系统，其特征在于，所述进气排气阀组包括A缸进气阀、A缸排气阀、B缸进气阀以及B缸排气阀，所述A缸进气阀的第一端和B缸进气阀的第一端与氢气输入管路连接，所述A缸进气阀的第二端和A缸排气阀的第一端与第一管路连接，所述B缸进气阀的第二端和B缸排气阀的第一端与第二管路连接，所述A缸排气阀的第二端和B缸排气阀的第二端通过第六管路与水封连接。
3.根据权利要求1所述的通过PSA变压吸附提纯的制氢系统，其特征在于，所述氢气输入管路与所述水封之间通过第七管路连通，所述第七管路上设置有并联的排空阀和比例卸荷阀。
4.根据权利要求3所述的通过PSA变压吸附提纯的制氢系统，其特征在于，所述氢气输入管路上设置有第一压力传感器。
5.根据权利要求1所述的通过PSA变压吸附提纯的制氢系统，其特征在于，所述第三管路和第四管路上分别设置有第二压力传感器和第三压力传感器。
6.根据权利要求1所述的通过PSA变压吸附提纯的制氢系统，其特征在于，所述第三T型过滤器和第四T型过滤器的出气侧分别设置有第一单向阀和第二单向阀。
7.根据权利要求1所述的通过PSA变压吸附提纯的制氢系统，其特征在于，所述氢气输出管路上沿氢气输出方向依次设置背压阀、第一调压阀、第二精度调节阀以及第三单向阀。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的通过PSA变压吸附提纯的制氢系统，其特征在于，还包括取样管路，所述取样管路上设置有连接点，所述连接点通过第八管路与氢气输出管路的连通，所述连接点与取样端之间的管路上沿氢气取样方向依次设置第二调压阀、流量计以及露点检测仪，所述连接点与卸荷端之间的管路上设置有卸荷阀，所述卸荷端与所述水封连接。
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