一种高效节能的氢气纯化系统技术方案

本公开提供一种高效节能的氢气纯化系统，氢气纯化系统包括相互连通的原料气脱氧管路和再生气干燥管路；再生气干燥管路包括三路再生气干燥支路；原料气脱氧管路分布有：氢气预冷却器、脱氧器和氢气预分离器；氢气预冷却器通过其壳程的氢气出口与脱氧器的进口连通；氢气预冷却器通过其管程的进口与脱氧器的出口连通；氢气预冷却器通与氢气预分离器连通；再生气干燥支路分布有：干燥器、氢气冷却器和氢气分离器；氢气冷却器通过其壳程的氢气出口与干燥器的进口连通；氢气冷却器通过其管程的进口与干燥器的出口连通；本公开实施例利用自换热的方式，实现脱氧氢气和再生氢气的冷却、原料氢气和纯化氢气的加热及100％的氢气收率。料氢气和纯化氢气的加热及100％的氢气收率。料氢气和纯化氢气的加热及100％的氢气收率。

【技术实现步骤摘要】
一种高效节能的氢气纯化系统


[0001]本专利技术属于电解水氢气及燃料电池用氢等新兴绿色环保，特别涉及一种高效节能的氢气纯化系统。

技术介绍

[0002]当今，氢能利用被视作与化石燃料清洁低碳利用、可再生能源规模化利用相并行的一种可持续能源利用路径，氢能在能源转型过程中的角色价值日益凸显，化石能源、新能源及氢电二次能源网络的互联互动将成为一种长期应用场景。国际氢能委员会(The Hydrogen Council)认为：全球将从2030年开始大规模利用氢能，2040年氢能将承担全球终端能源消费量的18％，2050年氢能利用可以贡献全球二氧化碳减排量的20％。
[0003]目前工业化制氢方法有多钟，包括天然气蒸汽重整制氢、甲醇重整制氢、水煤气制氢和水电解制氢，其中水电解制氢的原料水取之不尽却经过能源使用后的反应产物又是水，同时电解水的电能可通过风能、太阳能和核能这些环境友好型能源，因此，水电解制氢具有良好的社会性和经济性。
[0004]现有电解水制氢纯化工艺多采用催化脱氧，冷却分离和干燥吸附的流程。根据干燥塔数量不同可以分为两塔工艺和三塔工艺。两种工艺各有优缺点。例如，两塔工艺虽然具有工艺流程简单、控制容易、阀门和管道少等优点；但采用该方法再生吸附塔的氢气直接排放，会造成大约10％的氢气浪费。三塔工艺虽然工艺流和控制更为复杂，阀门和管道也更多，但该方法的产品气收率为100％，氢气的利用率更高。
[0005]虽然两塔工艺和三塔工艺各有优点，但在纯化过程中氢气首先在脱氧和再生制氢需要加热到200℃而后又冷却到10
‑
15℃，能量没有的到充分利用，在加热和冷却过程中浪费大量的电能和冷冻水，存在能效利用率低、浪费严重等问题。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种利用自换热的方式、100％的氢气收率及安装工艺简洁的高效节能的氢气纯化系统。
[0007]为实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案是：
[0008]一方面，本公开提供一种高效节能的氢气纯化系统，其特征在于，其包括相互连通的原料气脱氧管路和再生气干燥管路；所述再生气干燥管路包括三路再生气干燥支路，分别为：第一再生气干燥支路、第二再生气干燥支路和第三再生气干燥支路；所述原料气脱氧管路分布有：氢气预冷却器、脱氧器和氢气预分离器；所述氢气预冷却器通过其壳程的氢气出口与所述脱氧器的进口连通；所述氢气预冷却器通过其管程的进口与所述脱氧器的出口连通；所述氢气预冷却器通过其管程的出口与所述氢气预分离器的气液进口连通；所述再生气干燥支路分布有：干燥器、氢气冷却器和氢气分离器；所述氢气冷却器通过其壳程的氢气出口与所述干燥器的进口连通；所述氢气冷却器通过其管程的进口与所述干燥器的出口连通；所述氢气冷却器通过其管程的出口与所述氢气分离器的气液进口连通；所述氢气预
分离器通过其氢气出口与所述氢气分离器的氢气进口连通。
[0009]在本公开的一些实施例中，所述氢气预冷却器和所述氢气冷却器均包括：封闭的壳体、中间隔板及换热管；
[0010]所述中间隔板靠近所述壳体的中间位置，将所述壳体的内腔分隔为彼此隔离的上、下两部分腔室，对应形成上壳程和下壳程；
[0011]所述换热管位于所述壳体的内腔，穿过所述中间隔板，并对应形成管程。
[0012]在本公开的一些实施例中，所述壳体由从上至下顺序连接的上封头、上管板、筒体、下管板和下封头构成。
[0013]在本公开的一些实施例中，
[0014]所述氢气预冷却器还包括：
[0015]设于所述筒体上的所述氢气预冷却器的冷冻水进口(A)、所述氢气预冷却器的冷冻水出口(B)、原料氢气进口(C)和原料氢气出口(D)；所述氢气预冷却器的所述冷冻水进口靠近所述筒体的下端；所述氢气预冷却器的所述冷冻水出口和所述原料氢气进口靠近所述筒体的中段，分别对应位于所述中间隔板的下方和上方；所述原料氢气出口靠近所述筒体的上端；
[0016]设于所述上封头的脱氧氢气进口(E)；
[0017]设于所述下封头的脱氧氢气出口(F)；
[0018]所述氢气冷却器还包括：
[0019]设于所述筒体上的所述氢气冷却器的冷冻水进口、所述氢气冷却器的冷冻水出口、纯化氢气进口和纯化氢气出口；所述氢气冷却器的所述冷冻水进口靠近所述筒体的下端；所述氢气冷却器的所述冷冻水出口和所述纯化氢气进口靠近所述筒体的中段；所述纯化氢气出口靠近所述筒体的上端；
[0020]设于所述上封头的再生氢气进口(E)；
[0021]设于所述下封头的再生氢气出口(F)。
[0022]在本公开的一些实施例中，所述脱氧器和所述干燥器均包括：具有环腔的塔体和U型电加热器；所述U型电加热器设于所述塔体的中心；所述环腔靠近所述塔体的内壁环绕设置。
[0023]在本公开的一些实施例中，所述脱氧器的环腔内填充有催化剂或吸附剂。
[0024]在本公开的一些实施例中，所述氢气预分离器包括：氢气出口、气液进口和冷凝液出口，分别对应设于所述氢气预分离器的顶部、侧面和底部。
[0025]在本公开的一些实施例中，所述氢气分离器包括：第一氢气进出口、第二氢气进出口和脱氧冷凝液出口，分别对应设于所述氢气分离器的顶部、侧面和底部；所述氢气预分离器的氢气出口通过管路与所述氢气分离器的第一氢气进出口连通。
[0026]另一方面，本公开提供一种高效节能的氢气纯化的工艺方法，其用于所述高效节能的氢气纯化系统，根据第一再生气干燥支路的第一干燥器、第二再生气干燥支路的第二干燥器和第三再生气干燥支路的第三干燥器的状态，采用如下氢气纯化的方法：
[0027]在状态一的情况下，方法包括：所述第一干燥器处于吸附状态，所述第二干燥器处于干燥状态，所述第三干燥器处于再生状态；在所述第三干燥器的加热时间达到预设时间后，判断所述第三干燥器的再生结果，当判断结果为是时，对所述第三干燥器进行冷吹，结
束当前状态；在状态二的情况下，方法包括：所述第一干燥器处于干燥状态，所述第二干燥器处于再生状态，所述第三干燥器处于吸附状态；在所述第二干燥器的加热时间达到预设时间后，判断所述第二干燥器的再生结果，当判断结果为是时，对所述第二干燥器进行冷吹，结束当前状态；
[0028]在状态三的情况下，方法包括：所述第一干燥器处于再生状态，所述第二干燥器处于吸附状态，所述第三干燥器处于干燥状态；在所述第一干燥器的加热时间达到预设时间后，判断所述第一干燥器的再生结果，当判断结果为是时，对所述第一干燥器进行冷吹，结束当前状态。
[0029]在本公开的一些实施例中，所述工艺方法还包括：
[0030]原料气进入所述氢气预冷却器的上壳程；
[0031]原料气经过所述氢气预冷却器的上壳程的出口和所述脱氧器的进口进入所述脱氧器；
[0032]冷却水进入所述氢气预冷却器的下壳程；
[0033]所述原料气经脱氧升温后形成高温的氢气，并通过所述脱氧器的出口与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效节能的氢气纯化系统，其特征在于，其包括相互连通的原料气脱氧管路和再生气干燥管路；所述再生气干燥管路包括三路再生气干燥支路，分别为：第一再生气干燥支路、第二再生气干燥支路和第三再生气干燥支路；所述原料气脱氧管路分布有：氢气预冷却器、脱氧器和氢气预分离器；所述氢气预冷却器通过其壳程的氢气出口与所述脱氧器的进口连通；所述氢气预冷却器通过其管程的进口与所述脱氧器的出口连通；所述氢气预冷却器通过其管程的出口与所述氢气预分离器的气液进口连通；所述再生气干燥支路分布有：干燥器、氢气冷却器和氢气分离器；所述氢气冷却器通过其壳程的氢气出口与所述干燥器的进口连通；所述氢气冷却器通过其管程的进口与所述干燥器的出口连通；所述氢气冷却器通过其管程的出口与所述氢气分离器的气液进口连通；所述氢气预分离器通过其氢气出口与所述氢气分离器的氢气进口连通。2.根据权利要求1所述的高效节能的氢气纯化系统，其特征在于，所述氢气预冷却器和所述氢气冷却器均包括：封闭的壳体、中间隔板及换热管；所述中间隔板靠近所述壳体的中间位置，将所述壳体的内腔分隔为彼此隔离的上、下两部分腔室，对应形成上壳程和下壳程；所述换热管位于所述壳体的内腔，穿过所述中间隔板，并对应形成管程。3.根据权利要求2所述的高效节能的氢气纯化系统，其特征在于，所述壳体由从上至下顺序连接的上封头、上管板、筒体、下管板和下封头构成。4.根据权利要求3所述的高效节能的氢气纯化系统，其特征在于，所述氢气预冷却器还包括：设于所述筒体上的所述氢气预冷却器的冷冻水进口(A)、所述氢气预冷却器的冷冻水出口(B)、原料氢气进口(C)...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷雨田，林东杰，姜从斌，毛文睿，王宇超，
申请(专利权)人：航天长征化学工程股份有限公司，
类型：新型
国别省市：