一种氢气回收提纯系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及化工领域，具体公开了一种氢气回收纯化系统及其控制方法，该系统包括依次连接的尾气处理器、除水装置、压缩机、第一缓冲罐、第一气体分离膜组、第一储氢装置以及第二缓冲罐，工业设备的尾气排放口和进气口分别与尾气处理器和第二缓冲罐连接，压缩机将气体压缩至压力不小于5bar，第一气体分离膜组的膜材料由陶瓷材料制成，第一储氢装置的储氢材料为金属合金类储氢材料。本发明专利技术通过尾气处理器对氢气初步提纯，通过陶瓷材料制成的分离膜，可以使氢气浓度进一步提纯到99％以上，通过合金类的储氢材料将氢气浓度提高到5N级，解决了现有技术中非泛半导体行业中的氢气回收循环装置不适合泛半导体行业的氢气回收循环问题。

【技术实现步骤摘要】
一种氢气回收提纯系统及其控制方法
本专利技术涉及化工领域，尤其涉及一种氢气回收提纯系统及其控制方法。
技术介绍
随着IC制造、LED、平板显示和光伏等泛半导体产业的飞速发展，电子级氢气作为载气和工艺气体的用量逐年上升。然而，在实际生产的过程中，氢气几乎没有被利用就被直接排放或燃烧掉。如LED行业中，电子级氢气仅作为MOCVD(Metal-organicChemicalVaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉积)的载气，当氢气进入尾气处理器后便直接排放，此举既浪费了资源也增加了生产成本的投入，同时对环境造成了污染，并且具有巨大的安全隐患。当前，在非泛半导体行业中的氢气回收循环方法主要有深冷分离法、变压吸附法、钯膜纯化法以及膜分离法。深冷分离法用于氢气提纯，但无法将氢气提纯到很高的浓度，并且投入较高；变压吸附法能够将氢气提纯到较高的浓度，但是回收效率较低，尤其当氢气的浓度低于50％时，回收幅度大幅下降；钯膜纯化法能够将氢气提纯到较高的浓度，但是对于有大量杂质气体存在时，极其容易堵塞纯化设备，实用性较低；膜分离法，操作简单，投资小，能耗低，但是纯度难以达到99.5％以上，并且膜的进口需要达到很高压力值，一般大于30bar。当然，也有通过上述多种方法的组合来实现氢气回收，但是依旧无法达到泛半导体行业对于氢气纯度的要求。泛半导体行业对于气体的纯度要求非常高，一般要求原始气体纯度达到电子级(>99.999％，即5N)，同时对于杂质含量也有苛刻的要求，比如严格限制O、S、P、Si和过渡金属元素等含量，故给氢气的回收、纯化，实现循环利用带来了更高的要求。而目前非泛半导体行业中的氢气回收循环装置不适用于泛半导体行业的氢气回收循环。因此，亟需一种泛半导体行业的氢气回收循环装置改善这一现状。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于：提供一种氢气回收纯化系统，以解决现有技术中非泛半导体行业中的氢气回收循环装置不适合泛半导体行业的氢气回收循环问题。本专利技术的另一个目的在于：提供一种氢气回收纯化的控制方法。一方面，本专利技术提供一种氢气回收纯化系统，包括：尾气处理器，其进气口与工业设备的尾气排放口连接，除水装置，其与所述尾气处理器的排气口连接，用于对气体进行干燥；压缩机，其输入端与所述除水装置连接，所述压缩机将气体压缩至压力大于等于5bar；第一缓冲罐，其与所述压缩机的输出端连接；第一气体分离膜组，其进气口与第一缓冲罐连接，所述第一气体分离膜组上设有第一杂质气排气口，所述第一气体分离膜组的膜材料由陶瓷材料制成；第一储氢装置，其与所述第一气体分离膜组的排气口连接，所述第一储氢装置的储氢材料为金属合金，所述第一储氢装置上设有第四杂质气排气口；第二缓冲罐，其一端与所述第一储氢装置连接，另一端与所述工业设备的进气口连接。作为优选，还包括第二储氢装置，所述第一储氢装置的两端以及所述第二储氢装置的两端均分别通过控制阀与所述第一气体分离膜组的排气口以及所述第二缓冲罐连接，所述第二储氢装置的储氢材料为金属合金，所述第二储氢装置上设有第五杂质气排气口。作为优选，还包括第一氢气浓度传感器，其用于检测所述第一气体分离膜组的排气口排出的气体中氢气的浓度，所述第一气体分离膜组的排气口通过第一管路与所述压缩机的输入端连接，所述第一管路上设有控制阀。作为优选，还包括第二氢气浓度传感器，所述第二氢气浓度传感器安装在所述第二缓冲罐和所述工业设备的进气口之间，所述第二缓冲罐通过第二管路与所述第一气体分离膜组的排气口连接，所述第二管路上以及所述第二缓冲罐和所述工业设备的进气口之间均设有控制阀。作为优选，还包括安装在所述尾气处理器和所述除水装置之间第三氢气浓度传感器和控制阀，所述尾气处理器的排气口通过第三管路与所述尾气处理器的进气口连接，所述第三管路上设有控制阀。作为优选，还包括第二气体分离膜组，所述第二气体分离膜组的进气口和所述第一缓冲罐连接，排气口和所述第一气体分离膜组的进气口连接，所述第二气体分离膜组设有第二杂质气排气口，所述第二气体分离膜组的膜材料由陶瓷材料制成。作为优选，还包括第三气体分离膜组，所述第三气体分离膜组的进气口分别和第一杂质气排气口以及第二杂质气排气口连接，排气口通过管路与所述压缩机的进气口连接，所述第三气体分离膜组设有第三杂质气排气口，所述第三气体分离膜组的膜材料由陶瓷材料制成。另一方面，提供一种氢气回收纯化系统的控制方法，适用于上述任意方案中的一种氢气回收纯化系统，包括：将工业设备排放的尾气通过尾气处理器进行处理，尾气中氢气的含量至少为10％；将尾气处理器处理后的气体通过除水装置进行干燥；将干燥后的气体通过压缩机压缩至至少5bar，然后通过第一缓冲罐使气体进入第一气体分离膜组；使第一气体分离膜组分离出的杂质气体，通过第一杂质气排气口排出；使第一气体分离膜组提纯后的气体进入第一储氢装置，第一储氢装置进行吸氢，待第一储氢装置吸收的氢气饱和后，第一储氢装置进行放氢；使第一储氢装置释放的氢气进入第二缓冲罐，然后进入工业设备；使第一储氢装置分离出的杂质气体，通过第四杂质气排气口排出。具体的，通过第一储氢装置吸氢以及放氢对气体中的氢气进行提纯。作为优选，所述氢气回收纯化系统还包括第二储氢装置；当第一储氢装置进行放氢时，使第一气体分离膜组提纯后的气体进入第二储氢装置，使第二储氢装置进行吸氢，待第二储氢装置饱和后，使第二储氢装置进行放氢，此时，使第一气体分离膜组提纯后的气体进入第一储氢装置。具体的，通过第二储氢装置吸氢以及放氢对气体中的氢气进行提纯，第二储氢装置分离出的杂质气体通过第五杂质气排气口排出。作为优选，所述氢气回收纯化系统还包括第二气体分离膜组和第三气体分离膜组；使第一缓冲罐稳压后的气体进入所述第二气体分离膜组，使第二气体分离膜组分离出的杂质气进入第三气体分离膜组，第二气体分离膜组提纯后的气体进入第一气体分离膜组；使第三气体分离膜组分离出的杂质气通过第三杂质气排气口排出，使第三气体分离膜组提纯后的气体进入压缩机本专利技术的有益效果为：通过尾气处理器对尾气中的氢气进行初步提纯，通过陶瓷材料制成的分离膜再次提纯，使氢气浓度达到99％，通过第一储氢装置进一步提纯，合金类的储氢材料经吸氢和放氢，使氢气的浓度可以进一步提高到5N级，解决现有技术中非泛半导体行业中的氢气回收循环装置不适合泛半导体行业的氢气回收循环问题。采用陶瓷材料制成的陶瓷分离膜，相比现有膜分离法技术中采用的分离膜还可以降低第一气体分离膜组进气口的压力，本实施例中最低只需要5bar的气压即可，远低于现有膜分离法中对于分离膜进气口的压力需求。附图说明图1为本专利技术实施例一中一种氢气回收纯化系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例二中一种氢气回收纯化系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例三中一种氢气回收纯化系统的结构示意图。图中：1、尾气处理器；2、除水装置；3、第三氢气浓度传感器；4、控制阀；5、第三管路；6、压缩机；7、第一缓冲罐；8、第一气体分离膜组；81、第一杂质气排气口；9、第一储氢装置；91、第四杂质气排气口；10、第一氢气浓度传感器；11、第一管路；12、第二缓冲罐；13、第二氢气浓度传感器；14、第二管路；15、第二储氢装置；151、第五杂质气排气口16、第二气体分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢气回收纯化系统，其特征在于，包括：尾气处理器(1)，其进气口与工业设备(100)的尾气排放口连接；除水装置(2)，其与所述尾气处理器(1)的排气口连接，用于对气体进行干燥；压缩机(6)，其输入端与所述除水装置(2)连接，所述压缩机(6)将气体压缩至压力大于等于5bar；第一缓冲罐(7)，其与所述压缩机(6)的输出端连接；第一气体分离膜组(8)，其进气口与第一缓冲罐(7)连接，所述第一气体分离膜组(8)上设有第一杂质气排气口(81)，所述第一气体分离膜组(8)的膜材料由陶瓷材料制成；第一储氢装置(9)，其与所述第一气体分离膜组(8)的排气口连接，所述第一储氢装置(9)的储氢材料为金属合金，所述第一储氢装置(9)上设有第四杂质气排气口(91)；第二缓冲罐(12)，其一端与所述第一储氢装置(9)连接，另一端与所述工业设备(100)的进气口连接。

【技术特征摘要】
1.一种氢气回收纯化系统，其特征在于，包括：尾气处理器(1)，其进气口与工业设备(100)的尾气排放口连接；除水装置(2)，其与所述尾气处理器(1)的排气口连接，用于对气体进行干燥；压缩机(6)，其输入端与所述除水装置(2)连接，所述压缩机(6)将气体压缩至压力大于等于5bar；第一缓冲罐(7)，其与所述压缩机(6)的输出端连接；第一气体分离膜组(8)，其进气口与第一缓冲罐(7)连接，所述第一气体分离膜组(8)上设有第一杂质气排气口(81)，所述第一气体分离膜组(8)的膜材料由陶瓷材料制成；第一储氢装置(9)，其与所述第一气体分离膜组(8)的排气口连接，所述第一储氢装置(9)的储氢材料为金属合金，所述第一储氢装置(9)上设有第四杂质气排气口(91)；第二缓冲罐(12)，其一端与所述第一储氢装置(9)连接，另一端与所述工业设备(100)的进气口连接。2.根据权利要求1所述的一种氢气回收纯化系统，其特征在于，还包括第二储氢装置(15)，所述第一储氢装置(9)的两端以及所述第二储氢装置(15)的两端均分别通过控制阀(4)与所述第一气体分离膜组(8)的排气口以及所述第二缓冲罐(12)连接，所述第二储氢装置(15)的储氢材料为金属合金，所述第二储氢装置(15)上设有第五杂质气排气口(151)。3.根据权利要求2所述的一种氢气回收纯化系统，其特征在于，还包括第一氢气浓度传感器(10)，其用于检测所述第一气体分离膜组(8)的排气口排出的气体中氢气的浓度，所述第一气体分离膜组(8)的排气口通过第一管路(11)与所述压缩机(6)的输入端连接，所述第一管路(11)上设有控制阀(4)。4.根据权利要求1所述的一种氢气回收纯化系统，其特征在于，还包括第二氢气浓度传感器(13)，所述第二氢气浓度传感器(13)安装在所述第二缓冲罐(12)和所述工业设备(100)的进气口之间，所述第二缓冲罐(12)通过第二管路(14)与所述第一气体分离膜组(8)的排气口连接，所述第二管路(14)上以及所述第二缓冲罐(12)和所述工业设备(100)的进气口之间均设有控制阀(4)。5.根据权利要求1所述的一种氢气回收纯化系统，其特征在于，还包括安装在所述尾气处理器(1)和所述除水装置(2)之间第三氢气浓度传感器(3)和控制阀(4)，所述尾气处理器(1)的排气口通过第三管路(5)与所述尾气处理器(1)的进气口连接，所述第三管路(5)上设有控制阀(4)。6.根据权利要求1所述的一种氢气回收纯化系统，其特征在于，还包括第二气体分离膜组(16)，所述第二气体分离膜组(...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海雷，马传龙，
申请(专利权)人：吴海雷，马传龙，
类型：发明
国别省市：北京,11