一种变温吸附氢气提纯装置的制作方法

1.本实用新型属于氢气提纯技术领域，尤其涉及一种变温吸附氢气提纯装置。


背景技术：

2.随着氢燃料电池多项关键技术的突破和主要材料的国产化，氢燃料电池的性能和寿命大幅提升，成本快速下降，氢能源行业的发展迅速，而作为其燃料的氢气产量和纯度，成为决定燃料电池汽车使用寿命和运营成本的重要因素。然而，目前有些燃料氢气品质不达标。燃料氢气的来源比较少，有些燃料氢气厂家只能使用不符合标准的纯氢（99.99% v/v）或价格比较贵的高纯氢（99.999% v/v）来替代，然而，工业纯氢中co、co2、n2、ch4是超标的，高纯氢中co含量也不符合燃料氢气的标准，变温吸附工艺能有效地实现工业氢气到燃料氢气的转化，从而提高燃料电池的使用寿命、降低运营成本。
3.相关技术提供的氢气提纯撬装装置包括用于与气液分离缓冲罐连接的吸附塔，与吸附塔连接的处理塔。
4.上述氢气提纯撬装装置中吸附塔和气液分离缓冲罐以及加热冷却系统都比较庞大且制造和建设周期都很长，不适用于加氢站内使用。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种变温吸附氢气提纯装置，可以解决加热冷却系统都比较庞大且制造和建设周期都很长，不适用于加氢站内使用以及解决常用tsa装置需要的加热介质问题，以及如何减少公用工程和运行成本的技术问题。
6.本实用新型提供的技术方案如下所示：
7.一种变温吸附氢气提纯装置，所述变温吸附氢气提纯装置包括：
8.至少两套并联的氢气提纯组件；
9.所述氢气提纯组件包括吸附塔，所述吸附塔内装有吸附剂，用于对工业氢气提纯，使所述工业氢气浓度达到燃料氢气标准；
10.加热系统，包围在所述吸附塔外壁，所述加热系统用于升高所述吸附塔温度，以使所述吸附塔内吸附剂再生；
11.冷却系统，与所述加热系统连接，用于降低所述吸附塔再生后的温度，使所述吸附塔进行吸附。
12.在一种可选的实施例中，所述加热系统包括
13.两个加热半圈以及第一连接件；
14.所述两个加热半圈相对设置并通过所述第一连接件连接，所述两个加热半圈包围在所述吸附塔外壁。
15.在一种可选的实施例中，所述冷却系统包括冷源提供件，与所述冷源提供件连接的冷源分布组件，所述冷源分布组件与所述吸附塔连接。
16.在一种可选的实施例中，所述冷源提供件包括冷风机；所述冷源分布组件包括风
罩；
17.所述风罩包围在所述加热系统外壁，所述风罩具有进风口与出风口，所述进风口位于所述风罩底端，所述出风口位于所述风罩顶端，进风口和出风口成180
°
，所述进风口与所述冷风机连接，所述出风口通过所述加热系统上的进气口与所述吸附塔连接。
18.在一种可选的实施例中，所述冷源分布组件还包括集风槽和出风槽，所述集风槽设置在所述风罩进风口处，所述出风槽设置在所述风罩出风口处。
19.在一种可选的实施例中，所述冷源分布组件还包括分布挡板，所述分布挡板设置在所述集风槽和出风槽处，所述分布挡板用于使冷风沿所述吸附塔轴向均分分布。
20.在一种可选的实施例中，所述加热半圈内壁设有风道，所述风道用于冷却时冷风通过。
21.在一种可选的实施例中，所述风罩内壁填充有保温材料，所述保温材料用于对所述加热系统进行保温以及防止冷风在所述风罩内短路。
22.在一种可选的实施例中，所述风罩包括两个半环风罩与第二连接件，所述两个半环风罩通过所述第二连接件连接，且所述两个半环风罩相对设置包围在所述加热系统外壁。
23.在一种可选的实施例中，所述两个加热半圈包括铸铝或铸铜形式的加热半圈；
24.所述吸附塔为预设直径的筒体或无缝钢管。
25.本实用新型实施例提供的方法至少具有以下有益效果：
26.本实用新型实施例提供的装置，用来对高纯氢气进行提纯，达到燃料氢气标准。当吸附剂吸附接近饱和后通过加热系统升高吸附塔温度，以使吸附剂再生；再生完成后通过冷却系统降低吸附塔温度，以使吸附塔可以再次进行吸附。本实用新型实施例提供的装置基于包括至少两套氢气提纯组件，可以通过至少两套氢气提纯组件交替对工业氢气进行提纯以及使其中一套氢气提纯组件中的吸附剂进行循环再生，提高了工业氢气提纯的效率。
附图说明
27.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
28.图1示出了一种变温吸附氢气提纯装置主视图；
29.图2为图1的a-a剖视图。
30.附图标记：
31.1-吸附塔，2-加热系统，3-冷却系统，21-加热半圈，22-第一连接件，201-风道，31-冷风机，32-风罩，33-集风槽，34-出风槽，35-分布挡板，321-半环风罩，322-第二连接件。
具体实施方式
32.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
33.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
34.需要说明的是，变温吸附是利用吸附剂的平衡吸附量随温度升高而降低的特性，采用常温吸附、升温脱附的操作方法。本实用新型实施例中，通过对吸附塔1降温，进而降低位于吸附塔1内吸附剂的温度，使吸附剂进行吸附，通过加热系统2对吸附塔1的加热达到吸附剂的再生。
35.请一并参见图1和图2，图1 为本实用新型实施例提供的一种变温吸附氢气提纯装置主视图，图2为图1的a-a剖视图。该变温吸附氢气提纯装置包括：至少两套并联的氢气提纯组件；一个氢气提纯组件包括吸附塔1，吸附塔1内装有吸附剂，用于对工业氢气提纯，使工业氢气浓度达到燃料氢气标准；
36.加热系统2，包围在吸附塔1外壁，加热系统2用于升高吸附塔1温度，以使吸附塔1内吸附剂进行再生；
37.冷却系统3，与加热系统2连接，用于降低吸附塔1再生后的温度，使吸附塔1进行吸附。
38.本实用新型实施例提供的装置至少具有以下有益效果：
39.本实用新型实施例提供的装置用来对高纯氢气进行提纯，达到燃料氢气标准。当吸附塔1内吸附剂吸附接近饱和后通过加热系统2升高吸附塔1温度，以使吸附剂再生；再生完成后通过冷却系统3降低所述吸附塔1温度，使吸附塔1可再次进行吸附，本实用新型实施例提供的装置基于包括至少两套氢气提纯组件，可以通过至少两套氢气提纯组件交替吸附和再生，对工业氢气进行提纯，提高了工业氢气提纯的效率。
40.以下将通过可选的实施例进一步解释和描述本实用新型实施例提供的装置。
41.本实用新型实施例提供的装置基于包括至少两套串联的氢气提纯组件，如此，当第一套氢气提纯组件中吸附塔1内的吸附剂接近饱和时可以将工业氢气通入另一套氢气提纯组件进行提纯。对第一套吸附塔1进行升温使吸附剂再生，当第一套吸附塔1内的吸附剂再生完成后，关闭加热系统2，开启冷却系统3，对其进行冷却后再继续进行吸附，对另一个氢气提纯组件进行再生。
42.进一步的，当工业氢气含量较大时，可以通过设置多组氢气提纯组件，提高氢气提纯效率，本实用新型实施例对氢气提纯的组数不做限定。
43.在一种可选的实施例中，加热系统2包括
44.两个加热半圈21以及第一连接件22；
45.两个加热半圈21相对设置并通过第一连接件22连接，两个加热半圈21包围在吸附塔1外壁。
46.本实用新型实施例提供的加热半圈21半径大小可以根据吸附塔1的直径进行确定，可以理解的是，加热半圈21的直径不能太大，太大会导致加热效果不明显，吸附塔1升温困难进而导致吸附剂再生困难；加热半圈21的直径也不能太小，太小会紧贴在吸附塔1外壁，影响对吸附塔1的冷却。作为一种示例，加热半圈21的直径可以刚好包围住吸附塔1，并
且不影响冷却系统3对吸附塔1的冷却为准。
47.通过设置加热系统2包括两个加热半圈21，方便对加热系统2的拆卸、检修和更换。进一步的，第一连接件22可以为连接卡箍或抱箍，本实用新型实施例对第一连接件22的形式不限于此。
48.在一种可选的实施例中，冷却系统3包括冷源提供件，与冷源提供件连接的冷源分布组件，冷源分布组件与吸附塔1连接。
49.可以理解的是，当两个并联的氢气提纯组件中其中一套吸附塔1完成吸附剂再生后即可以循环进行工业氢气的吸附，此时通过冷却系统3对吸附塔1内的吸附剂降温，实现气体吸附。冷源提供件为吸附塔1提供冷源，通过冷源分布组件使冷源在吸附塔1中分布，实现对吸附塔1的全面冷却，提高冷却效率。
50.在一种可选的实施例中，冷源提供件包括冷风机31；冷源分布组件包括风罩32；
51.风罩32包围在加热系统2外壁，风罩32具有进风口与出风口，进风口位于风罩32底端，出风口位于风罩32顶端，进风口与冷风机31连接，出风口通过加热系统2上的进气口与吸附塔1连接。
52.作为一种示例，本实用新型实施例提供的冷源提供件可以为冷风机31，通过设置风罩32 可以保证冷风都进入风罩32内对吸附塔1进行降温，冷风从风罩32的底端进入由下至上对吸附塔1进行冷却后从顶端的出风口送出。
53.在一种可选的实施方式中，本实用新型实施例提供的装置还包括温度传感器，温度传感器与吸附塔1连接，通过温度传感器实时监测吸附塔1的温度，进而调节加热器，即本实用新型实施例提供的加热半圈21的加热温度。
54.在一种可选的实施例中，冷源分布组件还包括集风槽33和出风槽34，集风槽33设置在风罩32进风口处，出风槽34设置在风罩32出风口处。
55.本实用新型实施例通过设置集风槽33将来自冷风机31的冷风进行收集，避免冷风泄露，影响冷却效率。通过风罩32出风口设置出风槽34，将冷却后的冷风集中起来排放，形成统一的排放口。
56.在一种可选的实施例中，集风槽33的直径可以与冷风机31的出风口直径相匹配，以保证与冷风机31出风口的连接紧密性。出风槽34的大小可以根据实际需要进行确定，本实用新型实施例对此不做限定。
57.在一种可选的实施例中，本实用新型实施例提供的风罩32的进风口和出风口之间夹角为180
°
，以保证冷风对吸附塔1的全面冷却。
58.在一种可选的实施例中，冷源分布组件还包括分布挡板35，分布挡板35设置在集风槽33和出风槽34处，分布挡板35用于使冷风沿吸附塔1轴向均分分布。
59.在一种可选的实施例中，本实用新型实施例提供的分布挡板35上设置有多孔，冷风通过多孔的分布挡板35后成轴向均布。分布挡板35的形状和大小可以根据集风槽33和出风槽34的形状和大小进行确定，作为一种示例，当集风槽33为矩形时，分布挡板35可以为矩形，设置在集风槽33处的分布挡板35形状大小与设置在出风槽34处的分布挡板35大小和形状可以相同，也可以不同，优选的，设置在集风槽33处的分布挡板35形状大小与设置在出风槽34处的分布挡板35大小形状相同，以保证冷风通过加热器。本实用新型实施例对分布挡板35的大小不限于此。
60.在一种可选的实施例中，加热半圈21内壁设有风道201，风道201用于冷却时冷风通过。作为一种示例，风道201可以为设置在加热半圈21内壁的凹槽，用于冷却时冷风通过。需要说明的是，设置在加热半圈21内壁的风道201均布在吸附塔1的外壁。
61.需要说明的是，本实用新型实施例提供的加热系统2上设置有进气口，进一步的，在两个加热半圈21上设置有进气口，冷风通过该进气口进入两个加热半圈21与吸附塔1之间，对吸附塔1进行冷却。本实用新型实施例设置的风道201位于两个加热半圈21的内壁，冷风通过风道201对吸附塔1进行冷却。
62.作为一种示例，本实用新型实施例提供的风道201可以为在两个半圈内壁开设的凹槽。进一步的，风道201可以沿两个加热半圈21径向呈“s”形开设，也可以沿两个加热半圈21轴向开设，本实用新型实施例对风道201开设的方式不限于此。本实用新型实施例提供的风道201大小和数量可以根据冷风的流量进行设定，或者根据吸附塔1的大小进行确定。作为一种示例，当吸附塔1的直径较大，即吸附工业氢气的含量较大，则需要较大的冷风流量对吸附塔1进行冷却，此时就需要风道201的数量较多以满足大量冷风的流动。通过加热半圈21内设置风道201，加大了冷风的冷却面积，提高了冷却效率。
63.在一种可选的实施例中，风罩32内壁填充有保温材料，保温材料用于对加热系统2进行保温以及防止冷风在风罩32中环向通过，而没有通过加热系统2内的风道201，从而形成冷风流动的短路。
64.通过在风罩32内壁填充保温材料，可以对加热系统2进行保温，提高对吸附塔1的加热效率。
65.在一种可选的实施例中，风罩32包括两个半环风罩321与第二连接件322，两个半环风罩321通过第二连接件322连接，且两个半环风罩321相对设置包围在加热系统2外壁。
66.通过设置风罩32包括两个半环风罩321，方便对风罩32的拆卸、更换，以及对风罩32内部结构进行检修和更换。进一步的，第二连接件322可以为连接卡箍，也可以为抱箍。
67.在一种可选的实施例中，两个加热半圈21包括铸铝或铸铜形式加热半圈21；
68.吸附塔1为预设直径的筒体或无缝钢管。
69.需要说明的是，铸铝是以熔融状态的铝，浇注进模具内，经冷却形成所需要形状铝件的一种工艺方法，铸铜是指含锌的铜。
70.通过采用无缝钢管可以节省装置投资，方便装置维护和检验。进一步的，本实用新型实施例采用铸铝或铸铜形式的加热半圈21对吸附塔1进行加热，可以实现对吸附塔1快速、均匀的加热，节省了公用工程的投资和装置的占地面积。本实用新型实施例通过加热半圈21与风罩32组合加热冷却方式在变温吸附中，先通过加热半圈21加热吸附塔1内吸附剂，然后在通过风罩32中冷风进入加热半圈21内的风道201，对吸附剂进行风冷。通过对气流的模拟，风罩32内进行了集风槽33和分布挡板35的设计，使得冷风机31的进风沿吸附塔1轴向均匀分布，从而对吸附塔1进行高效均匀的冷却。
71.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。