一种用于吸附式氢气提纯工艺的氢气回收系统及方法与流程

本发明涉及一种用于吸附式氢气提纯工艺的氢气回收方法，属于大型汽轮发电机氢油水系统。

背景技术：

1、吸附式氢气提纯工艺普遍采用变压吸附（pressure swing adsorption，psa）技术。该技术基于不同气体组分在吸附剂上吸附特性的差异，在高压状态下利用专用吸附剂对混合气体中的杂质进行选择性吸附，在低压状态下使吸附剂解吸再生，从而实现气体的净化分离。采用该工艺能够高效地将发电机氢气中的氧气、氮气、二氧化碳等杂质气体彻底分离出去，提纯效率较高。

2、在现有的吸附式氢气提纯工艺中，吸附塔再生前需要先进行排空处理，即将塔内气体直接排空，而后再进行再生流程。然而，在大型汽轮发电机组的实际应用场景中，该直接排空方式存在明显的不足：刚结束吸附的吸附塔内仍为纯度较高的氢气，将其直接排空造成了一定程度的氢气浪费，也提高了吸附式氢气提纯工艺的整体氢气消耗量。对于电厂而言，较高的氢气消耗量不仅增加了运行成本，还可能无法满足发电机组对氢气消耗量的严格考核要求。

3、因此，有必要开发一种新的氢气回收方法，将吸附塔再生前排空阶段的氢气回收至发电机内，以替代传统的直接排空方式，从而有效降低吸附式氢气提纯工艺的氢气消耗量，更好地适应大型汽轮发电机氢油水系统的运行需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于吸附式氢气提纯工艺的氢气回收系统及方法，以替代原吸附塔再生前直接排空的工艺方式，解决现有技术中排空阶段纯度较高的氢气被直接排空、造成氢气浪费且整体氢耗偏高的技术问题。旨在通过压缩机回收技术，在不增加额外氢气消耗的前提下，将原本需要排空的纯度较高的氢气回收至发电机内，从而降低吸附式氢气提纯工艺的氢气消耗量，使发电机组的耗氢量更好地满足考核要求。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案提供了一种用于吸附式氢气提纯工艺的氢气回收系统，包括：

3、吸附式提纯工艺模块，作为氢气提纯的主体单元，其底部设有氢气进口，顶部设有氢气出口，模块内部包含并联设置的a塔和b塔，以及对应的气动角阀和管道管件；a塔与b塔呈并联布置，两塔底部均与氢气进口及排空回收管路相连，顶部均与氢气出口相连，且两塔底部之间通过均压气动角阀pv1相互连接，两塔顶部之间通过阀门mv相互连接；

4、氢气回收工艺模块，作为回收辅助单元，包括压缩机、止回阀、气动控制角阀及相应的管道管件，该模块通过管路与吸附式提纯工艺模块中待排空的吸附塔相连接，并分别通向吸附式氢气提纯工艺的氢气出口侧与杂质气排空口；压缩机作为氢气回收的动力源，其入口端通过气动角阀pv2与来自吸附式提纯工艺模块的排空回收管路相连，压缩机的出口端通过止回阀zv1通向氢气出口侧；同时，气动角阀pv3与气动角阀pv2、压缩机及止回阀zv1的串联组合并联布置，形成通向杂质气排空口的再生排空旁路；

5、吸附式提纯工艺模块与氢气回收工艺模块之间通过管道密封连接，共同构成完整的氢气回收回路。

6、优选的，a塔的底部进口端通过气动角阀pva1与氢气进口相连，a塔的底部出口端通过气动角阀pva2与排空回收管路及氢气回收工艺模块相连，a塔的顶部出口端通过气动角阀pva3与氢气出口相连；b塔的底部进口端通过气动角阀pvb1与氢气进口相连，b塔的底部出口端通过气动角阀pvb2与排空回收管路及氢气回收工艺模块相连，b塔的顶部出口端通过气动角阀pvb3与氢气出口相连。

7、优选的，止回阀zv1设置于压缩机的出口端与氢气出口侧之间，用于保证回收氢气的单向流动，防止氢气出口侧的高压氢气在压缩机停机后倒灌回回收管路及吸附塔内。

8、本发明的技术方案提供了一种用于吸附式氢气提纯工艺的氢气回收方法，采用压缩机回收方式替代吸附塔再生前的直接排空方式，包括以下步骤：

9、均压步骤，当吸附塔准备进入再生状态时，将刚结束吸附处于高压状态的待再生塔与已完成再生处于低压状态的工作塔通过均压气动角阀连通，使两塔压力平衡；

10、回收步骤，关闭均压气动角阀，工作塔进入吸附状态，开启压缩机及其气动控制角阀，将待再生塔内纯度较高的氢气抽出并升压后回收至吸附式氢气提纯工艺的氢气出口侧，直至待再生塔达到常压状态；

11、再生步骤，关闭压缩机及其气动控制角阀，开启再生气动控制角阀，待再生塔进行常规的再生流程；

12、其中，a塔与b塔交替进行吸附与再生，实现两塔连续不间断运行。

13、优选的，在均压步骤中，气动角阀pva1、pva2、pva3、pvb1、pvb2、pvb3以及氢气回收工艺模块中的pv2、pv3均处于关闭状态，压缩机处于停止状态，均压气动角阀pv1打开，使得a塔与b塔的底部相互连通并进行气体交换，直至两塔压力达到平衡。

14、优选的，在回收步骤中，均压气动角阀pv1关闭，工作塔侧的气动角阀pva1和pva3打开而pva2保持关闭，使工作塔处于吸附工作状态；待再生塔侧的气动角阀pvb1、pvb3以及pv3保持关闭，而气动角阀pvb2和pv2打开，同时开启压缩机，待再生塔内纯度较高的氢气经压缩机抽吸并升压后，通过止回阀zv1输送至吸附式氢气提纯工艺的氢气出口侧，直至待再生塔达到常压状态。

15、优选的，在再生步骤中，工作塔侧的气动角阀状态保持不变以继续吸附提纯；待再生塔侧的气动角阀pvb1、pvb3以及pv2关闭，压缩机停止，而气动角阀pvb2和pv3打开，待再生塔通过气动角阀pvb2和pv3与杂质气排空口连通，进行常规的再生流程，吸附剂中解吸出来的杂质气体经杂质气排空口排出。

16、优选的，均压步骤、回收步骤和再生步骤在plc程序的集中控制下依次执行，与此同时工作塔保持吸附工作状态，从而实现两塔交替连续运行。

17、优选的，在回收步骤中，待再生塔内原本需要排空的纯度较高的氢气被回收至吸附式氢气提纯工艺的氢气出口侧，并与工作塔提纯后的氢气汇合后返回发电机内部，从而替代原吸附塔直接排空方法，降低吸附式氢气提纯工艺的氢气消耗量。

18、相比于现有技术，本发明具有以下有益技术效果：

19、本发明采用压缩机回收方式替代原吸附塔直接排空方法，在吸附塔再生前的排空阶段，将原本需要排空的纯度较高的氢气经压缩机抽吸升压后回收至吸附式氢气提纯工艺的氢气出口侧，最终返回发电机内重新利用，大大降低了原工艺的氢气消耗量，有效解决了电厂应用场景下因排空导致氢气浪费、整体氢耗偏高而难以满足发电机组耗氢量考核要求的问题。同时，氢气回收过程与吸附提纯过程并行不悖，回收的氢气与提纯后的氢气汇合返回发电机，不影响吸附式氢气提纯工艺原有的提纯效率和两塔连续交替运行，且回收的氢气纯度较高，可直接返回发电机利用，具有良好的经济性和实用性。

1.一种用于吸附式氢气提纯工艺的氢气回收系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于吸附式氢气提纯工艺的氢气回收系统，其特征在于，a塔的底部进口端通过气动角阀pva1与氢气进口相连，a塔的底部出口端通过气动角阀pva2与排空回收管路及氢气回收工艺模块相连，a塔的顶部出口端通过气动角阀pva3与氢气出口相连；b塔的底部进口端通过气动角阀pvb1与氢气进口相连，b塔的底部出口端通过气动角阀pvb2与排空回收管路及氢气回收工艺模块相连，b塔的顶部出口端通过气动角阀pvb3与氢气出口相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于吸附式氢气提纯工艺的氢气回收系统，其特征在于，止回阀zv1设置于压缩机的出口端与氢气出口侧之间，用于保证回收氢气的单向流动，防止氢气出口侧的高压氢气在压缩机停机后倒灌回回收管路及吸附塔内。

4.一种采用权利要求2所述的用于吸附式氢气提纯工艺的氢气回收系统的方法，其特征在于，采用压缩机回收方式替代吸附塔再生前的直接排空方式，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种用于吸附式氢气提纯工艺的氢气回收方法，其特征在于，在均压步骤中，气动角阀pva1、pva2、pva3、pvb1、pvb2、pvb3以及氢气回收工艺模块中的pv2、pv3均处于关闭状态，压缩机处于停止状态，均压气动角阀pv1打开，使得a塔与b塔的底部相互连通并进行气体交换，直至两塔压力达到平衡。

6.根据权利要求4所述的一种用于吸附式氢气提纯工艺的氢气回收方法，其特征在于，在回收步骤中，均压气动角阀pv1关闭，工作塔侧的气动角阀pva1和pva3打开而pva2保持关闭，使工作塔处于吸附工作状态；待再生塔侧的气动角阀pvb1、pvb3以及pv3保持关闭，而气动角阀pvb2和pv2打开，同时开启压缩机，待再生塔内纯度较高的氢气经压缩机抽吸并升压后，通过止回阀zv1输送至吸附式氢气提纯工艺的氢气出口侧，直至待再生塔达到常压状态。

7.根据权利要求4所述的一种用于吸附式氢气提纯工艺的氢气回收方法，其特征在于，在再生步骤中，工作塔侧的气动角阀状态保持不变以继续吸附提纯；待再生塔侧的气动角阀pvb1、pvb3以及pv2关闭，而气动角阀pvb2和pv3打开，待再生塔通过气动角阀pvb2和pv3与杂质气排空口连通，进行常规的再生流程，吸附剂中解吸出来的杂质气体经杂质气排空口排出。

8.根据权利要求7所述的一种用于吸附式氢气提纯工艺的氢气回收方法，其特征在于，均压步骤、回收步骤和再生步骤在plc程序的集中控制下依次执行，与此同时工作塔保持吸附工作状态，从而实现两塔交替连续运行。

9.根据权利要求7所述的一种用于吸附式氢气提纯工艺的氢气回收方法，其特征在于，在回收步骤中，待再生塔内原本需要排空的纯度较高的氢气被回收至吸附式氢气提纯工艺的氢气出口侧，并与工作塔提纯后的氢气汇合后返回发电机内部，从而替代原吸附塔直接排空方法，降低吸附式氢气提纯工艺的氢气消耗量。