CN219815787U - 一种氢气脱水吸附扩散结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种氢气脱水吸附扩散结构，涉及PSA制氢领域，包括容器下封头，容器下封头连接在压缩氢气进口与容器内腔之间，容器内腔内设置曲面扩散器，曲面扩散器中心为底部敞口的扩散圆柱体，使压缩氢气从容器下封头处进入曲面扩散器内，扩散圆柱体的外壁上沿圆周方向均匀设置有若干曲线型导流板；曲面扩散器上方的容器内腔设置一层扩散孔板网，扩散孔板网上方铺设一层惰性瓷球，惰性瓷球上方铺设一层丝网，丝网上铺设脱水剂及分子筛。本实用新型改进了进气气流的分布，使气体一进入吸附床层，马上形成了圆柱体的吸附层，充分发挥分子筛吸附能力，减少气体在膨胀时对分子筛的冲击，提高分子筛的使用寿命和吸附能力，提高设备的再生性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及PSA制氢的领域，具体涉及一种氢气脱水吸附扩散结构。
背景技术
4A分子筛是PSA制氢的核心部分，在其表面分布有大量的微孔，在一定的压力下，它大量吸附氢气中的氧气、二氧化碳、水分等，而氢气吸附量很少，成为产品气从吸附塔顶端流出，当压力降低至常压时，它所吸附的氧气、二氧化碳、水分从4A分子筛内释放出来。PSA氢气脱水就是根据这一原理而产生的，一般在系统中设置三个吸附塔，一塔预吸附，一塔吸附产氢，则另一个塔脱附再生，交替循环切换，正因为如此分子筛在工作工程中如果没有保护好就容易失效，所以吸附塔内底部扩散是很关键的，扩散效果好则吸附剂装填量相对来说可以少装，提高吸附效率，节约成本。
在现有的制氢系统中，氢气气流从输气管道到吸附塔内的吸附床层，其空塔速度一般从D1＝15m/秒在极短的时间内降到D2＝0.05m/秒，流速相差极大，如在吸附塔内没有合适的气流分布结构，就会造成气流分布不均，造成在吸附塔内的分子筛工作负荷不一，直接影响到设备脱水剂的吸附效率，并导致分子筛过早粉化而从而失效。
因此，有必要对现有的吸附塔内扩散结构进行改善，达到提高分子筛的使用寿命和吸附能力，同时降低能耗，提高氢气产出率的目的。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种氢气脱水吸附扩散结构，改进了进气气流的分布，使气体一进入吸附床层，马上形成了圆柱体的吸附层，这可使吸附塔内的分子筛的吸附能力得到充分发挥，减少了气体在膨胀时对分子筛的冲击，提高了分子筛的使用寿命和吸附能力，提高了设备的再生性能。
本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的：这种氢气脱水吸附扩散结构，包括容器内腔、容器下封头和用于通入压缩氢气的压缩氢气进口，所述容器下封头连接在压缩氢气进口与容器内腔之间，容器内腔内设置曲面扩散器，曲面扩散器中心为底部敞口的扩散圆柱体，使压缩氢气从容器下封头处进入曲面扩散器内，扩散圆柱体的外壁上沿圆周方向均匀设置有若干曲线型导流板，用于将压缩氢气均匀地导入容器内腔，扩散圆柱体顶部设置盖板进行密封；曲面扩散器上方的容器内腔设置一层扩散孔板网，扩散孔板网上方铺设一层惰性瓷球，用于承受来自压缩氢气的冲击，惰性瓷球上方铺设一层丝网，丝网上铺设脱水剂及分子筛。
作为进一步的技术方案，所述扩散孔板网的外缘支撑在容器内腔的内壁上，扩散孔板网的中部支撑在扩散圆柱体上。
作为进一步的技术方案，所述扩散孔板网的上表面通过压紧圆环固定安装有支撑横梁，扩散孔板网的下表面上沿水平方向间隔布置若干道席型网。
作为进一步的技术方案，所述容器下封头采用冲压成型，容器下封头的冲压处采用圆弧过渡。
本实用新型的有益效果为：
1、压缩氢气从进口通入后在容器下封头处进入曲面扩散器，曲面扩散器能够改变压缩氢气气流方向并降低流速带来的冲击，然后经过扩散孔板网进一步分流后进入惰性瓷球，进一步细化气流，抵抗气流带来的冲击力，提高分子筛的使用寿命；
2、压缩氢气在曲面扩散器内受到曲线型导流板60度导流，确保气流充分延伸到吸附塔边缘，避免产生隧道效应；
3、扩散孔板网上方铺设的惰性瓷球具有高强度、高化学稳定性和热稳定性的特性，能经受生产过程中出现的温度变化，同时抗击来自压缩氢气的冲击力，起到扩散分流和抗气流冲击力的作用；
4、容器下封头的冲压处采用圆弧过渡，使得压缩氢气气流流动顺畅、减少气流圧损阻力。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型中曲面扩散器的结构示意图。
图3为图2的仰视图。
图4为本实用新型中扩散孔板网的结构示意图。
图5为本实用新型中扩散孔板网的截面结构示意图。
图6为本实用新型中扩散孔板网的框架结构示意图。
附图标记说明：压缩氢气进口1、容器下封头2、曲面扩散器3、曲线型导流板31、扩散圆柱体32、盖板33、容器内腔4、扩散孔板网5、压紧圆环51、支撑横梁52、席型网53、固定螺丝螺母54、惰性瓷球6、脱水剂7、丝网8。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：
实施例：如附图1～6所示，这种氢气脱水吸附扩散结构，包括压缩氢气进口1、容器下封头2、曲面扩散器3、曲线型导流板31、扩散圆柱体32、盖板33、容器内腔4、扩散孔板网5、压紧圆环51、支撑横梁52、席型网53、固定螺丝螺母54、惰性瓷球6、脱水剂7和丝网8。
参考附图1，压缩氢气从压缩氢气进口1通入容器内腔4，气流方向如图1中箭头所示。容器下封头2连接在压缩氢气进口1与容器内腔4之间，优选地，容器下封头2采用冲压成型，容器下封头2的冲压处采用圆弧过渡，保证压缩氢气的气流流动顺畅、减少气流圧损阻力，容器下封头2底部没有直接开焊接口，避免了封头开口焊机接管产生的集中交变应力。
如图1、2、3所示，容器内腔4内设置一个曲面扩散器3，曲面扩散器3中心为扩散圆柱体32，扩散圆柱体32的底部敞口，使得压缩氢气从容器下封头2处直接进入曲面扩散器3内。参考附图3，在扩散圆柱体32的外壁上沿圆周方向均匀设置有六块(本实施例中为六块，也可以是其他数量)曲线型导流板31，曲线型导流板31能将进入扩散圆柱体32内的压缩氢气均匀地导入容器内腔4，气体的流动方向如图3中箭头所示。优选地，在扩散圆柱体32顶部设置盖板33进行密封，避免压缩氢气未经导流而直接通过扩散圆柱体32进入扩散孔板网5。进一步的，在曲面扩散器3上方的容器内腔4设置一层扩散孔板网5，扩散孔板网5上方铺设一层惰性瓷球6，其具有高强度、高化学稳定性和热稳定性的特性，能经受生产过程中出现的温度变化，同时抗击来自压缩氢气的冲击力，起到扩散分流和抗气流冲击力的作用。优选地，惰性瓷球6采用直径大小不同的球体混合装填在一起，使得瓷球之间的间隙均匀气流从瓷球间隙中流过时充分进行气流扩散。
惰性瓷球6上方铺设一层丝网8，丝网上铺设脱水剂7及用来吸收二氧化碳的13X分子筛。脱水剂7能够对进入脱水分子筛的氢气进行更进一步的干燥，从而更好的保护脱水分子筛，同时也继续发挥着气体扩散分流的作用。
优选地，扩散孔板网5的外边缘支撑在容器内腔4的内壁上，同时扩散孔板网5的中部支撑在扩散圆柱体32上，通过扩散圆柱体32均匀承受容器内部填装分子筛的重量，减少扩散孔板网5的承重负担。
如图4、5、6所示，在扩散孔板网5的上表面通过压紧圆环51及固定螺丝螺母54固定安装有支撑横梁52，扩散孔板网5的下表面上沿水平方向间隔布置五道(本实施例中为五道，也可以是其他数量)席型网53。
本实用新型的工作过程：压缩氢气从压缩氢气进口1处进入吸附塔(容器内腔4)是一股粗的气体，压强较大，在容器下封头2处进入曲面扩散器3(扩散圆柱体32)，由曲线型导流板31进行导流。经过60度导流气流充分延伸到吸附塔边缘，避免产生隧道效应，并保证压缩氢气均压分布，使气体在扩散时呈“S”形旋涡装填流动。由于旋涡惯性，氢气在容器下封头2内流动时间较长，和脱水分子筛接触时呈“W”型流动，这不仅大大降低了气体对脱水分子筛的冲击力，充满整个容器下封头2，还使得氢气往上流动时，在吸附塔内吸附过程中更加均匀，并且空塔氢气线速度流速控制在0.05m/s之内，有利于提高氢气纯度和保证脱水分子筛的使用寿命。避免直接冲击分子筛，有效防止吸附“死角”和产生隧道效应，压缩气体得到充分利用，有利于提高氢气纯度和保证脱水分子筛的使用寿命。然后氢气经过扩散孔板网5进一步分流后进入惰性瓷球6，进一步细化气流，抵抗气流带来的冲击力。最后脱水剂7对进入脱水分子筛的氢气进行更进一步的干燥，从而更好的保护脱水分子筛，同时也继续发挥着气体扩散分流的作用。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本实用新型的技术方案及实用新型构思加以等同替换或改变都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种氢气脱水吸附扩散结构，其特征在于：包括容器内腔(4)、容器下封头(2)和用于通入压缩氢气的压缩氢气进口(1)，所述容器下封头(2)连接在压缩氢气进口(1)与容器内腔(4)之间，容器内腔(4)内设置曲面扩散器(3)，曲面扩散器(3)中心为底部敞口的扩散圆柱体(32)，使压缩氢气从容器下封头(2)处进入曲面扩散器(3)内，扩散圆柱体(32)的外壁上沿圆周方向均匀设置有若干曲线型导流板(31)，用于将压缩氢气均匀地导入容器内腔(4)，扩散圆柱体(32)顶部设置盖板(33)进行密封；曲面扩散器(3)上方的容器内腔(4)设置一层扩散孔板网(5)，扩散孔板网(5)上方铺设一层惰性瓷球(6)，用于承受来自压缩氢气的冲击，惰性瓷球(6)上方铺设一层丝网(8)，丝网(8)上铺设脱水剂(7)及分子筛。
2.根据权利要求1所述的氢气脱水吸附扩散结构，其特征在于：所述扩散孔板网(5)的外缘支撑在容器内腔(4)的内壁上，扩散孔板网(5)的中部支撑在扩散圆柱体(32)上。
3.根据权利要求2所述的氢气脱水吸附扩散结构，其特征在于：所述扩散孔板网(5)的上表面通过压紧圆环(51)固定安装有支撑横梁(52)，扩散孔板网(5)的下表面上沿水平方向间隔布置若干道席型网(53)。
4.根据权利要求3所述的氢气脱水吸附扩散结构，其特征在于：所述容器下封头(2)采用冲压成型，容器下封头(2)的冲压处采用圆弧过渡。
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