CN220328297U - 气体纯化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种气体纯化系统，包括加热器、脱氧器、冷却器、第一干燥器、第二干燥器、预干燥器、第一阀组、第二阀组、第三阀组、第一连接线管、第二连接线管、主线管、第一再生线管、第二再生线管、第三再生线管、汇合线管和排出线管。加热器、脱氧器、冷却器依次设置于主线管。预干燥器设置于第二再生线管。冷却器亦设置于汇合线管，和/或加热器亦设置于第二再生线管。本实用新型的气体纯化系统可以使原料气与再生气体共用加热器和/或共用冷却器，减少气体纯化系统的设备数量，从而减少整个系统的占地面积，进而实现小型化设计。

Description

气体纯化系统

技术领域

本实用新型涉及气体纯化技术领域，具体涉及一种气体纯化系统。

背景技术

气体纯化技术是一种用于去除气体中杂质的技术，以获得高纯度的气体。气体纯化的需求在许多工业和科学领域中非常重要，例如化学制药、电子工业、燃料电池、材料研究和实验室应用等。纯净的气体，如氢气，可以延长设备的使用寿命、提高装置的能量转化效率等。

气体源头常常包含不同类型的杂质，例如水蒸气、氧气等。常见的纯化方法主要是化学反应和吸附剂纯化的组合。

化学反应纯化则通过与杂质反应生成化合物或进行化学转化，将杂质从气体转化为另一种杂质气体，在后续工序中脱除，如氢气纯化系统中的氧气，通过催化氧化，将氧气转化为水分子，水分子在下一吸附单元进行吸附去除。

吸附剂通常是多孔材料，如活性炭、分子筛、硅胶等，能够吸附特定类型的杂质分子，如水分子、二氧化碳分子等。通过将气体通过吸附床或柱，杂质分子被吸附在吸附剂表面上，从而实现气体的纯化。随着吸附剂的饱和，可以通过再生或更换吸附剂来恢复其吸附能力。

近年来，随着工业技术的进步和需求的增加，气体纯化技术也在不断发展和改进。如何进一步减少气体纯化系统的整体设备的占地面积，是其中的一个改进方向。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种气体纯化系统。

该气体纯化系统包括加热器、脱氧器、冷却器、第一干燥器、第二干燥器、预干燥器、第一阀组、第二阀组、第三阀组、第一连接线管、第二连接线管、主线管、第一再生线管、第二再生线管、第三再生线管、汇合线管和排出线管。第一连接线管被构造成经过第一干燥器的气体的流入和流出的管路，第二连接线管被构造成经过第二干燥器的气体的流入和流出的管路。加热器、脱氧器、冷却器依次设置于主线管。主线管经第一阀组选择性地连接第一连接线管和第二连接线管。预干燥器设置于第二再生线管。第一再生线管在其上游方向与主线管连接，在其下游方向经第三阀组选择性地连接第二再生线管和第三再生线管。第二再生线管设置于第二阀组和第三阀组之间，第三再生管线设置于第一阀组和第三阀组之间。汇合线管在其上游方向经第三阀组选择性地连接第二再生线管和第三再生线管，在下游方向连接于主线管。排出线管在其上游方向经第二阀组选择性地连接第一连接线管和第二连接线管。冷却器亦设置于汇合线管，和/或加热器亦设置于第二再生线管。

具体地，加热器设置于第二再生线管靠近第二阀组的一侧。进一步地，冷却器设置于汇合线管，主线管上设有位于所述冷却器下游的第一气液分离器，汇合线管上设有位于冷却器下游的第二气液分离器。

具体地，主线管与第一再生线管的连接点为分歧点，汇合线管与主线管的连接点为汇合点，汇合点位于分歧点的下游。其中，位于分歧点与汇合点之间的主线管上设有调节阀。

进一步地，第一再生线管上设有第一温度传感器。进一步地，第二再生线管上设有第二温度传感器。

优选地，第一阀组、第二阀组、第三阀组分别被构造成四通阀。

本实用新型的特点及优点包括：

冷却器同时位于汇合线管和主线管，和/或加热器同时位于第二再生线管和主线管，使得原料气与再生气体能够共用加热器和/或共用冷却器，减少气体纯化系统的设备数量，从而减少整个系统的占地面积，进而实现小型化设计。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型的气体纯化系统的示意图；

图2示出了本实用新型的气体纯化系统的第一干燥器进行吸附、第二干燥器进行加热再生的示意图；

图3示出了本实用新型的气体纯化系统的第一干燥器进行吸附、第二干燥器进行冷却再生的示意图。

附图标记说明：

100-气体纯化系统；

11-主线管，11a-分歧点，11b-汇合点，112-主线歧管，12-第一再生线管，13-第二再生线管，14-第三再生线管，15-第一连接线管，16-第二连接线管，17-排出线管，18-汇合线管，19-冷凝液线管；

20-加热器，22-第一端口，24-第二端口，26-第三端口，28-第四端口；

30-脱氧器；

40-冷却器，41-第一入口，42-第一出口，43-第二入口，44-第二出口，45-冷却水入口，46-冷却水出口；

50a-第一气液分离器，50b-第二气液分离器；

60a-第一干燥器，60b-第二干燥器，60c-预干燥器；

70a-第一阀组，70b-第二阀组，70c-第三阀组；

101-第一温度传感器，102-压力传感器，103-调节阀，104-第二温度传感器，105-旁路阀，106-第三温度传感器，107-过滤器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型公开一种气体纯化系统100，可用于纯化氢气，也可用于纯化氮气，下文以氢气纯化系统为例进行说明。

示例的气体纯化系统100为一氢气纯化系统，用于去除氢气中的杂质，尤其是去除氢气中的氧气及水分。原料气(待纯化气体)在气体纯化系统100中经脱氧和干燥后成为产品气。

参见图1，气体纯化系统100设有加热器20、脱氧器30和冷却器40。加热器20用于加热原料气，可将原料气预热至50℃～100℃。脱氧器30内设有脱氧催化剂，例如金属钯催化剂。被预热后的待纯化气体在脱氧催化剂作用下使其中的微量氧气与氢气反应生成水，可将氧含量降至1ppm以下。冷却器40用于冷却脱氧后的气体，例如冷却至约40℃以下，使气体中的水分冷却转化成液态，方便进行气液分离，并使气体可以在后续的步骤中在常温下进行干燥处理。

继续参见图1，气体纯化系统100包括第一干燥器60a、第二干燥器60b和预干燥器60c，三者内部均设有干燥吸附剂。其中，第一干燥器60a和第二干燥器60b用于去除气体中的水分(例如，进一步去除气液分离处理后的气体中的水分)，即用于吸附，实现干燥。第一干燥器60a和第二干燥器60b中的一者用于吸附时，另一者进行吸附剂再生，即两者交替进行吸附和再生。预干燥器60c与需要再生的干燥器配合，使需要再生的干燥器实现再生。干燥器再生包括加热再生和冷却再生。在加热再生流程中，用于再生的气体需加热后再流入再生干燥器中；在冷却再生流程中，用于再生的气体直接流入再生干燥器中。其中，用于再生的气体简称再生气体，再生气体来自原料气经脱氧处理后获得的气体。在一些实施例中，再生气体来自原料气经脱氧处理且气液分离后的气体，即与流入第一干燥器60a和第二干燥器60b的气体相同。

再生气体流过需要再生的干燥器后，最后进入吸附的干燥器。被加热过的再生气体需冷却处理后再进入用于吸附的干燥器。在一些实施例中，气体纯化系统100的加热器20还用于加热再生气体。在一些实施例中，气体纯化系统100的冷却器40还用于冷却再生气体。在优选的实施例中，气体纯化系统100的加热器20还用于加热再生气体，且冷却器40还用于冷却再生气体。原料气与再生气体共用加热器20和/或冷却器40，有利于减少气体纯化系统100的设备数量，从而减少整个系统的占地面积，进而实现小型化设计。

继续参见图1，气体纯化系统100包括主线管11、再生线管、第一连接线管15、第二连接线管16、排出线管17和汇合线管18。主线管11用于将原料气供给到第一干燥器60a或第二干燥器60b。再生线管从主线管11分歧，分配用于再生第一干燥器60a或第二干燥器60b的吸附剂的气体流动。再生线管包括第一再生线管12、第二再生线管13和第三再生线管14。第一再生线管12连接至主线管11，预干燥器60c设置于第二再生线管13。再生气体依次经过第一再生线管12、第二再生线管13和第三再生线管14实现加热再生；再生气体依次经过第一再生线管12、第三再生线管14和第二再生线管13实现冷却再生。

第一连接线管15，为通过第一干燥器60a的气体提供入口和出口，分别连接至第一干燥器60a的一侧与另一侧；第二连接线管16，为通过第二干燥器60b的气体提供入口和出口，分别连接至第二干燥器60b的一侧与另一侧。排出线管17用于从第一干燥器60a或第二干燥器60b排出通过吸附剂吸附水分后的干燥气体。汇合线管18，连接于主线管11，用于完成使第一干燥器60a或第二干燥器60b加热再生或冷却再生的气体汇合到主线管11。也就是说，第二再生线管13和第三再生线管14中的一者连接至汇合线管18。

气体纯化系统100包括第一阀组70a、第二阀组70b、第三阀组70c，用于控制气体流动路径。第一阀组70a选择性地连接主线管11、第一连接线管15、第二连接线管16和第三再生线管14；第二阀组70b选择性地连接第二再生线管13、第一连接线管15、第二连接线管16和排出线管17；第三阀组70c选择性地连接第一再生线管12、第二再生线管13、第三再生线管14和汇合线管17。

继续参见图1，具体地，位于第一干燥器60a一侧的第一再生线管12连接至第一阀组70a，位于第一干燥器60a另一侧的第一再生线管12连接至第二阀组70b。同样，位于第二干燥器60b一侧的第二再生线管13连接至第一阀组70a，位于第二干燥器60b另一侧的第二再生线管13连接至第二阀组70b。

在一些实施例中，主线管11上设有第一气液分离器50a(后面具体介绍)，主线管11上具有位于第一气液分离器50a下游侧的分歧点11a，以及位于分歧点11a下游侧的汇合点11b。第一再生线管12的一端从分歧点11a连接至主线管11，另一端连接至第三阀组70c。第二再生线管13的两端分别连接至第二阀组70b和第三阀组70c，第三再生线管14的两端分别连接至第一阀组70a和第三阀组70c。汇合线管18的两端分别连接至第二阀组70b和第三阀组70c。

其中，第一阀组70a可选择性地使第一干燥器60a和第二干燥器60b中的一者与主线管11连接，且第二阀组70b可选择地使该一者与排出线管17连接，使经干燥处理后的气体流出气体纯化系统100。同时，第一阀组70a使两个干燥器中的另一者与第三再生线管14连接，且第二阀组70b使该另一者与第二再生线管13连接。与主线管11和排出线管17连接的干燥器用于吸附，与第三再生线管14、第二再生线管13连接的干燥器用于再生。

第三阀组70c可选择性地使第一再生线管12和汇合线管18中的一者与第二再生线管13连接，另一者与第三再生线管14连接。当第一再生线管12与第二再生线管13连接时，第三再生线管14与汇合线管18连接，用于再生的干燥器处于加热再生流程。当第一再生线管12与第三再生线管14连接时，第二再生线管13与汇合线管18连接，用于再生的干燥器处于冷却再生流程。

在一些实施例中，第一阀组70a、第二阀组70b、第三阀组70c分别为本领域常见的多个阀组合构成，例如通过四个二通阀组合构成。在优选的实施例中，第一阀组70a、第二阀组70b、第三阀组70c分别为四通阀，有利于减少整个系统的占地面积，且简化系统控制。

参见图1，主线管11连接到第一阀组70a，在主线管11上依次设有加热器20、脱氧器30和冷却器40。在一些实施例中，加热器20包括相互连通的第一端口22和第二端口24，相互连通的第三端口26和第四端口28。其中，第一端口22和第二端口24分别连接至主线管11，第三端口26和第四端口28分别连接至再生线管(例如第二再生线管13)。加热器20可分别为经过主线管11和再生线管的气体加热。

在一些实施例中，冷却器40包括相互连通的第一入口41和第一出口42，相互连通的第二入口42和第二出口44，以及相互连通的冷却水入口45和冷却水出口46。其中，第一入口41和第一出口42分别连接至主线管11，第二入口42和第二出口44分别连接至汇合线管18。冷却器可分别为经过主线管11和汇合线管18的气体降温，有利于降低气体的温度，使气体中的水分冷却转化成液态，方便进行气液分离，并使气体可以在常温下进行干燥处理。

在一些实施例中，主线管11上还设有位于冷却器40下游侧的第一气液分离器50a，用于去除气体中的部分水分，以减轻后续干燥器的工作负荷。气体中的水分经冷却器40冷却后部分变成液态，在第一气液分离器50a中液态的水分被冷凝分离。经过气液分离处理后的气体一部分进入第一干燥器60a或第二干燥器60b中的一者用于吸附，另一部分进入余下的另一者用于吸附剂再生。

具体地，第二再生线管13上设有预干燥器60c，且加热器20的第三端口26和第四端口28分别连接至第二再生线管13。优选地，预干燥器60c设置于第二再生线管13靠近第三阀组70c的一侧，即再生气体可依次经预干燥器60c、加热器20后进入第一干燥器60a或第二干燥器60b中的一者。

具体地，汇合线管18上设有第二气液分离器50b。优选地，冷却器40的第二入口42和第二出口44分别连接至汇合线管18，且第二气液分离器50b设置于第二出口44的下游。第二气液分离器50b用于冷凝分离再生气体中的液态水分。

在一些实施例中，第一再生线管12上设有第一温度传感器101。在一些实施例中，第一再生线管12上还设有压力传感器102。可选地，压力传感器102设置于温度传感器101的上游侧。在一些实施例中，位于分歧点11a和汇合点11b之间的主线管11上设有调节阀103，调节阀103用于调节分配在主线管11与第一再生线管12上的气流。

在一些实施例中，主线管11上设有位于加热器20的第四端口28和脱氧器30之间的第二温度传感器104。第二温度传感器104用于测量进入脱氧器30的气体温度。在优选的实施例中，气体纯化系统100还包括旁路112，该旁路112与主线管11的部分管段并行，用于提供未加热的原料气。具体地，旁路112的一端连接至加热器上游侧的主线管11，另一端连接至第二温度传感器与第四端口28之间的主线管11。优选地，旁路112上设有旁路阀105。在一些实施例中，第二再生线管13上设有靠近第二阀组70b的一端第三温度传感器106。

在一些实施例中，第一气液分离器50a和第二气液分离器50b收集到的液态水通过冷凝液线管19排出气体纯化系统100。在一些实施例中，排出线管17上设有过滤器107，用于减少产品气体中的颗粒物。

下面对结合图2、图3对气体纯化系统100的工作流程进行说明。其中，图2示出了本实用新型的气体纯化系统100的第一干燥器60a进行吸附、第二干燥器60b进行加热再生的示意图；图3示出了本实用新型的气体纯化系统100的第一干燥器60a进行吸附、第二干燥器60b进行冷却再生的示意图。

参见图2，第一干燥器60a进行吸附生产氢气。原料气进入气体纯化系统100的主线管11，经加热器20加热至50℃～100℃后进入脱氧器30脱氧，接着经冷却器40冷却后进入第一气液分离器50a去除液态水分后，一部分气体通过第一阀组70a进入第一干燥器60a干燥后，经第二阀组70b从排出线管17离开气体纯化系统100。经过第一气液分离器50a后的另一部分气体从第一再生线管12经第三阀组70c流入第二再生线管13，经预干燥器60c干燥后，流入加热器20加热，再经第二阀组70b流入第二干燥器60b，对第二干燥器60b进行加热再生。接着，完成加热再生后的气体经第一阀组70a、第三再生线管14和第三阀组70c流入汇合线管18，经冷却器40冷却流入第二气液分离器50b，去除液态水分后，经过汇合点116流回主线管11。

参见图3，第一干燥器60a继续吸附，生产氢气部分的气体流动路径与图2相同，此处不再赘述。经过第一气液分离器50a后的另一部分气体从第一再生线管12经第三阀组70c流入第二干燥器60b，对第二干燥器60b进行冷却再生。接着，完成冷却再生后的气体经加热器20加热后进入预干燥器60c，经第三阀组70c流入汇合线管18，经冷却器40冷却流入第二气液分离器50b，去除液态水分后，经过汇合点116流回主线管11。

需要补充的是，当第一干燥器60a进行加热再生或冷却再生，第二干燥器60b进行吸附时，可对应参考图2、图3，只需要调节第一阀组70a使主线管11连接至第二干燥器60b，第三再生线管14连接至第一干燥器60a，且调节第二阀组70b使第二干燥器60b连接至排出线管17，第二再生线管13连接至第一干燥器60a即可。

本实用新型提供的气体纯化系统100，原料气与再生气体共用加热器20和/或冷却器40，即加热器20同时设置于主线管11和再生线管，或冷却器40同时设置于主线管11和汇合线管。前述设置有利于减少气体纯化系统100的设备数量，从而减少整个系统的占地面积，进而实现小型化设计。

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (7)

1.一种气体纯化系统，其特征在于，包括：

加热器、脱氧器、冷却器、第一干燥器、第二干燥器、预干燥器、第一阀组、第二阀组和第三阀组；

第一连接线管，被构造成经过所述第一干燥器的气体的流入和流出的管路；

第二连接线管，被构造成经过所述第二干燥器的气体的流入和流出的管路；

主线管，所述加热器、脱氧器、冷却器依次设置于所述主线管，所述主线管经所述第一阀组选择性地连接所述第一连接线管和所述第二连接线管；

第一再生线管、第二再生线管和第三再生线管；所述预干燥器设置于所述第二再生线管；所述第一再生线管在其上游方向与所述主线管连接，在其下游方向经所述第三阀组选择性地连接所述第二再生线管和第三再生线管；所述第二再生线管设置于所述第二阀组和所述第三阀组之间，所述第三再生线管设置于所述第一阀组和所述第三阀组之间；

汇合线管，在其上游方向经所述第三阀组选择性地连接所述第二再生线管和第三再生线管，在下游方向连接于所述主线管；以及

排出线管，在其上游方向经所述第二阀组选择性地连接所述第一连接线管和所述第二连接线管；

其中，所述冷却器亦设置于所述汇合线管，和/或所述加热器亦设置于所述第二再生线管。

2.根据权利要求1所述的气体纯化系统，其特征在于，所述加热器设置于所述第二再生线管靠近所述第二阀组的一侧。

3.根据权利要求2所述的气体纯化系统，其特征在于，所述冷却器设置于所述汇合线管，所述主线管上设有位于所述冷却器下游的第一气液分离器，所述汇合线管上设有位于所述冷却器下游的第二气液分离器。

4.根据权利要求2所述的气体纯化系统，其特征在于，所述主线管与所述第一再生线管的连接点为分歧点，所述汇合线管与所述主线管的连接点为汇合点，所述汇合点位于所述分歧点的下游；

其中，位于所述分歧点与所述汇合点之间的主线管上设有调节阀。

5.根据权利要求4所述的气体纯化系统，其特征在于，所述第一再生线管上设有第一温度传感器。

6.根据权利要求5所述的气体纯化系统，其特征在于，所述第二再生线管上设有第二温度传感器。

7.根据权利要求1～6任一所述的气体纯化系统，其特征在于，所述第一阀组、第二阀组、第三阀组分别被构造成四通阀。