一种氢或氧纯化系统的制作方法

1.本实用新型涉及氢或氧的纯化系统技术领域。


背景技术：

2.电解水制氢系统，通常包括：原料水纯化单元、电解单元、氢纯化单元、氢压缩单元、氢预冷单元、氢膨胀液化单元。
3.目前的电解水制氢系统，尚且存在以下技术问题：一、产生的氧气一般都直接排出，这导致能源浪费。二、氢气纯化单元无法连续工作，这导致制氢效率低下。
4.随着国家“碳达峰”、“碳中和”战略的推进，氢能的需求不断增加，因此需要进一步提高电解水制氢系统的制氢效率。


技术实现要素：

5.本实用新型需要解决的技术问题是：提供一种氢或氧纯化系统，该纯化系统能够不间断进行氢纯化或氧纯化，大大提高氢气或氧气的纯化效率。
6.为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：一种氢或氧纯化系统，包括：原料气分液罐、再生气分液罐、预干燥塔、第一干燥塔、第二干燥塔；原料气分液罐上连接有待纯化原料气输入管，原料气分液罐的气体输出端连接有再生气输送管和纯化输送管，纯化输送管的输入端设置有流量调节阀，原料气分液罐的底部设置有原料气分液罐排水管；再生气分液罐上连接有再生回流管、再生分液排水管以及再生分液罐气体输出管，再生分液罐气体输出管连接至纯化输送管，再生回流管上设置有回流冷却器；预干燥塔、第一干燥塔、第二干燥塔的顶部都设置有再生气控制阀和再生排出控制阀，第一干燥塔、第二干燥塔的顶部还都设置有纯化控制阀，再生气控制阀分别连接至再生气输送管，再生排出控制阀分别连接至再生回流管，所有纯化控制阀都连接至纯化输送管；预干燥塔、第一干燥塔、第二干燥塔内设置有用于吸附水分的分子筛；
7.预干燥塔的底部设置有预干燥塔底部输送管，预干燥塔底部输送管上设置有加热器；第一干燥塔、第二干燥塔的底部都设置输出控制阀和旁通控制阀；第一、第二干燥塔底部的输出控制阀分别连接至纯化单元输出管，第一、第二干燥塔底部的旁通控制阀分别连接至预干燥塔底部输送管。
8.进一步地，前述的一种氢或氧纯化系统，其中，第一干燥塔内分子筛的质量与第二干燥塔内分子筛的质量都是预干燥塔中分子筛质量的三至六倍。
9.进一步地，前述的一种氢或氧纯化系统，其中，纯化单元输出管上顺着气体的运动方向依次设置有过滤器和露点分析仪。
10.进一步地，前述的一种氢或氧纯化系统，其中，再生气管路的输入端设置有流量计。
11.进一步地，前述的一种氢或氧纯化系统，其中，氢纯化系统还包括原料氢气输入机构，所述的原料氢气输入机构包括：原料氢换热器，原料氢换热器的被加热介质进口与原料
氢输入管连接，原料氢换热器的被加热介质出口连接有脱氧塔，脱氧塔的输出端连接至原料氢换热器的加热介质输入端，原料氢换热器的加热介质输出端与氢纯化单元中的原料气分液罐的待纯化原料气输入管连接，氢纯化系统中的待纯化原料气输入管上设置有氢气输入冷却器。
12.进一步地，前述的一种氢或氧纯化系统，其中，氧纯化系统还包括：原料氧气输入机构，所述的原料氧气输入机构包括：原料氧换热器，原料氧换热器的被加热介质进口与原料氧输入管连接，原料氧换热器的被加热介质出口连接有脱氢塔，脱氢塔的输出端连接至原料氧换热器的加热介质输入端，原料氧换热器的加热介质输出端与氧纯化单元中原料气分液罐的待纯化原料气输入管连接，氧纯化系统中的待纯化原料气输入管上设置有氧气输入冷却器。
13.本实用新型的优点是：氢纯化系统设置有氢气预干燥塔、氢气第一干燥塔、氢气第二干燥塔，氢气第一干燥塔与氢气第二干燥塔能交替进行干燥纯化工作，氢气预干燥塔则能对停止干燥纯化的一个干燥塔内的分子筛进行再生；此外，再生完成的、并在等待下一次干燥纯化工作的氢气第一干燥塔或氢气第二干燥塔则能对氢气预干燥塔内的分子筛进行再生。并且再生过程中氢气不外排，这大大节约了氢源。
14.同样的，氧纯化系统设置氧气预干燥塔、氧气第一干燥塔、氧气第二干燥塔，氧气第一干燥塔与氧气第二干燥塔交替进行干燥纯化工作，而氧气预干燥塔则能对停止干燥纯化的氧气第一干燥塔或氧气第二干燥塔内的分子筛进行再生。再生完成的、并在等待下一次干燥纯化工作的氧气第一干燥塔或氧气第二干燥塔则能对氧气预干燥塔内的分子筛进行再生，因此氧纯化则能连续进行，且再生过程中氧气不用外排，从而大大节约氧气资源。
15.氢纯化或氧纯化的连续进行确保产品氢或产品氧能连续进行，从而大大提高了产品氢或产品氧的生产效率。
附图说明
16.图1是氢纯化系统的工作原理示意图。
17.图2是氧纯化系统的工作原理示意图。
具体实施方式
18.下面结合优选实施例对本实用新型所述的一种氢或氧纯化系统作进一步的详细说明。
19.如图1所示，氢纯化系统3，包括原料氢气分液罐31、氢气再生气分液罐32、氢气预干燥塔33、氢气第一干燥塔34、氢气第二干燥塔35，氢气第一干燥塔34、氢气第二干燥塔35中的用于吸附水分的分子筛的质量是氢气预干燥塔33中分子筛质量的3至6倍。原料氢气分液罐31上连接有待纯化原料氢气输入管311，原料氢气分液罐31的气体输出端连接有氢气再生气输送管312和氢气纯化输送管313，氢气再生气输送管312的输入端设置有氢气流量计3121。氢气流量计3121用于监测氢气再生气输送管312中氢气的流量。
20.氢气纯化输送管313的输入端设置有氢流量调节阀3131，原料氢气分液罐31的底部设置有带控制阀的原料氢气分液罐排水管314。氢气再生气分液罐32上连接有氢气再生回流管321、氢气再生分液排水管322以及再生分液罐氢气输出管323，再生分液罐氢气输出
管323连接至氢气纯化输送管313，氢气再生回流管321上设置有氢气回流冷却器3211。
21.氢气预干燥塔33的顶部设置有氢气预干燥再生气控制阀331和氢气预干燥再生排出控制阀332。氢气第一干燥塔34的顶部设置有第一氢气再生气控制阀341、第一氢气再生排出控制阀342以及第一氢气纯化控制阀343。氢气第二干燥塔35的顶部设置有第二氢气再生气控制阀351、第二氢气再生排出控制阀352以及第二氢气纯化控制阀353。
22.氢气预干燥再生气控制阀331、第一氢气再生气控制阀341、第二氢气再生气控制阀351分别连接至氢气再生气输送管312，氢气预干燥再生排出控制阀332、第一氢气再生排出控制阀342、第二氢气再生排出控制阀352分别连接至氢气再生回流管321。第一氢气纯化控制阀343、第二氢气纯化控制阀353分别连接至氢气纯化输送管313。
23.氢气预干燥塔33的底部设置有氢气预干燥塔底部输送管333，氢气预干燥塔底部输送管333上设置有第一再生加热器3331。
24.氢气第一干燥塔34的底部设置第一氢气输出控制阀344和第一氢气旁通控制阀345；氢气第二干燥塔35的底部设置第二氢气输出控制阀354和第二氢气旁通控制阀355。第一氢气输出控制阀344、第二氢气输出控制阀354分别连接用于向外输出氢气的氢纯化单元输出管36上。第一氢气旁通控制阀345、第二氢气旁通控制阀355分别连接至氢气预干燥塔底部输送管333上。本实施例中，氢纯化单元输出管36上顺着氢气的运动方向依次设置有氢气过滤器361和第一露点分析仪362。
25.本实施例中，氢纯化单元还包括原料氢气输入机构，所述的原料氢气输入机构包括：原料氢换热器371，原料氢换热器371的被加热介质进口与原料氢输入管372连接，原料氢换热器371的被加热介质出口连接有脱氧塔373，脱氧塔373的输出端连接至原料氢换热器371的加热介质输入端，原料氢换热器371的加热介质输出端与原料氢气分液罐31上的待纯化原料氢气输入管311连接，所述的待纯化原料氢气输入管311上设置有氢气输入冷却器3111。
26.如图2所示，氢的纯化系统7的结构包括原料氧气分液罐71、氧气再生气分液罐72、氧气预干燥塔73、氧气第一干燥塔74、氧气第二干燥塔75，氧气第一干燥塔74、氧气第二干燥塔75中的用于吸附水分的分子筛的质量是氧气预干燥塔73中的分子筛的质量的3至6倍；原料氧气分液罐71上连接有待纯化原料氧气输入管711，原料氧气分液罐71的气体输出端连接有氧气再生气输送管712和氧气纯化输送管713，氧气再生气输送管712的输入端设置有氧气流量计7121。氧气纯化输送管713的输入端设置有氧流量调节阀7131，原料氧气分液罐71的底部设置有带控制阀的原料氧气分液罐排水管714。氧气再生气分液罐72上连接有氧气再生回流管721、氧气再生分液排水管722以及再生分液罐氧气输出管723，再生分液罐氧气输出管723连接至氧气纯化输送管713，氧气再生回流管721上设置有氧气回流冷却器7211。
27.氧气预干燥塔73的顶部设置有氧气预干燥再生气控制阀731和氧气预干燥再生排出控制阀732，氧气第一干燥塔74的顶部设置有第一氧气再生气控制阀741、第一氧气再生排出控制阀742以及第一氧气纯化控制阀743，氧气第二干燥塔75的顶部设置有第二氧气再生气控制阀751、第二氧气再生排出控制阀752以及第二氧气纯化控制阀753。
28.氧气预干燥再生气控制阀731、第一氧气再生气控制阀741、第二氧气再生气控制阀751分别连接至氧气再生气输送管712。氧气预干燥再生排出控制阀732、第一氧气再生排
出控制阀742、第二氧气再生排出控制阀752分别连接至氧气再生回流管721。第一氧气纯化控制阀743、第二氧气纯化控制阀753分别连接至氧气纯化输送管713。
29.氧气预干燥塔73的底部设置有氧气预干燥塔底部输送管733，氧气预干燥塔底部输送管733上设置有第二再生加热器7331。
30.氧气第一干燥塔74的底部设置有第一氧气输出控制阀744和第一氧气旁通控制阀745；第二氧气干燥塔75的底部设置第二氧气输出控制阀754和第二氧气旁通控制阀755。第一氧气输出控制阀744、第二氧气输出控制阀754分别连接至用于向外输出氧气的氧纯化单元输出管76。氧纯化单元输出管76连接至液氮循环制冷机组8，液氮制冷机组8设置有液氧输出管81。
31.氧纯化单元输出管76的输出端顺着氧气的运动方向依次设置氧气过滤器761和第二露点分析仪762。第一氧气旁通控制阀745、第二氧气旁通控制阀755分别连接至氧气预干燥塔底部输送管733。
32.本实施例中，氧纯化系统7还包括原料氧气输入机构，所述的原料氧气输入机构包括：原料氧换热器771，原料氧换热器771的被加热介质进口与原料氧输入管772连接，原料氧换热器771的被加热介质出口连接有脱氢塔773，脱氢塔773的输出端连接至原料氧换热器771的加热介质输入端，原料氧换热器771的加热介质输出端与原料氧气分液罐71的待纯化原料氧气输入管711连接，所述的待纯化原料氧气输入管711上设置有氧气输入冷却器7111。
33.工作原理如下：原料水在原料水纯化单元中脱杂纯化，纯化后的水进入电解单元中。水在电解单元中发生电化学反应产生粗品氢气和粗品氧气。粗品氢气进入氢纯化系统3中，粗品氧气进入氧纯化系统7中。
34.粗品氢气中含有氢气、氧气和水。粗品氢气经原料氢输入管372进入至原料氢换热器371中作为被加热介质，吸收热量的粗品氢气进入脱氧塔373中脱除氧气，脱除了氧气的待纯化氢气再作为加热介质进入原料氢换热器371中，释放热量后的、脱除了氧气的待纯化氢气从原料氢换热器371的加热介质输出端进入待纯化原料氢气输入管311。待纯化原料氢气输入管311上的氢气输入冷却器3111能进一步降低脱除了氧气的待纯化氢气的温度。
35.冷却后的脱除了氧气的待纯化氢气进入原料氢气分液罐31中进行分液，原料氢气分液罐31内的水经带控制阀的原料氢气分液罐排水管314排出，原料氢气分液罐31中的气体分别进入氢气再生气输送管312和氢气纯化输送管313，在氢流量调节阀3131的控制下，氢气再生气输送管312和氢气纯化输送管313中的流量比控制在1：3。
36.氢纯化工作时，氢气第一干燥塔34、氢气第二干燥塔35交替着进行纯化工作。即：氢气第一干燥塔34或氢气第二干燥塔35中的一个干燥塔在进行纯化干燥工作时，另一个则进行分子筛再生工作以准备下一次的纯化干燥工作。下面以氢气第一干燥塔34进行干燥工作，而氢气第二干燥塔35进行分子筛再生为例进行说明。
37.第一氢气纯化控制阀343、第一氢气输出控制阀344开启，氢气纯化输送管313中的待纯化的氢气经第一氢气纯化控制阀343进入氢气第一干燥塔34中，氢气第一干燥塔34中的分子筛吸附待纯化氢气中的水分，脱除了水分后的氢气依次经第一氢气输出控制阀344、氢气过滤器361、第一露点分析仪362由氢纯化单元输出管36向外输出。
38.氢气预干燥再生气控制阀331、第二氢气旁通控制阀355、第二氢气再生排出控制
阀352开启。氢气再生气输送管312中的用于再生的氢气进入氢气预干燥塔33，用于再生的氢气中的水分被氢气预干燥塔33中的分子筛吸附，除去水分的氢气经第一再生加热器3331加热形成130℃～180℃的高温气体，高温气体经第二氢气旁通控制阀355进入氢气第二干燥塔35中，在高温氢气的加热作用下，氢气第二干燥塔35内分子筛中的水分被蒸发出来，混有水分的氢气经第二氢气再生排出控制阀352进入至氢气再生回流管321，然后经氢气回流冷却器3211冷却后进入至氢气再生气分液罐32中进行气液分离。氢气再生气分液罐32中的水分经氢气再生分液排水管322排出，氢气再生气分液罐32中的气体经再生分液罐氢气输出管323进入至氢气纯化输送管313中，然后与氢气纯化输送管313中的待纯化的氢气汇聚并进入氢气第一干燥塔34进行干燥纯化。
39.当根据第一露点分析仪362检测得到的数据判定输出的氢气中水分含量超出设定值时，则由氢气第一干燥塔34切换至氢气第二干燥塔35，即第一氢气旁通控制阀345、第一氢气再生排出控制阀342开启，第二氢气旁通控制阀355、第二氢气再生排出控制阀352关闭，第二氢气纯化控制阀353、第二氢气输出控制阀354开启，氢气第二干燥塔35进行分子筛干燥工作，氢气第一干燥塔34则进行再生。氢气第一干燥塔34再生的过程同上述的氢气第二干燥塔34。
40.当工作一段时间后，发现氢气预干燥塔33中的分子筛水分吸附饱和，则通过已经再生完成、并在等待下一次干燥纯化工作的氢气第一干燥塔34或氢气第二干燥塔35对氢气预干燥塔33中的分子筛进行再生。
41.氢气预干燥塔33再生过程如下，以氢气第一干燥塔34正在进行干燥纯化工作，利用氢气第二干燥塔35对氢气预干燥塔33中的分子筛进行再生为例。
42.氢气预干燥再生气控制阀331关闭，氢气预干燥再生排出控制阀332开启，第二氢气再生气控制阀351开启，第二氢气纯化控制阀353关闭，第二氢气再生排出控制阀352关闭，第二氢气输出控制阀354关闭，第二氢气旁通控制阀355开启。氢气再生气输送管312中的用于再生的氢气进入氢气第二干燥塔35，用于再生的氢气中的水分被氢气第二干燥塔35中的分子筛吸附，被除去水分的氢气经第二氢气旁通控制阀355，再由第一再生加热器3331加热形成130℃～180℃的高温气体，高温气体进入氢气预干燥塔33中，氢气预干燥塔33内分子筛中的水分被蒸发出来，混有水分的氢气经氢气预干燥再生排出控制阀332进入至氢气再生回流管321，然后经氢气回流冷却器3211冷却进入至氢气再生气分液罐32中进行气液分离。氢气再生气分液罐32中的水分经氢气再生分液排水管322排出，氢气再生气分液罐32中的气体经再生分液罐氢气输出管323进入至氢气纯化输送管313中、与其中待纯化的氢气汇聚进入氢气第一干燥塔34进行干燥纯化。
43.上述氢的纯化过程能够不间断的进行，从而能大大提高制氢的效率。并且在再生过程中，氢都是循环利用不用外排，有效节约氢源。
44.氧纯化工作时，粗品氧气中含有氢气、氧气和水。粗品氧气经原料氧输入管772进入至原料氧换热器771中作为被加热介质，吸收热量的粗品氧气进入脱氢塔773中脱除氢气，脱除了氢气的待纯化氧气再作为加热介质进入原料氧换热器771中，释放热量后的、脱除了氢气的待纯化氧气从原料氧换热器771的加热介质输出端进入待纯化原料氧气输入管711。待纯化原料氧气输入管711上的氧气输入冷却器7111能进一步降低脱除了氢气的待纯化氧气的温度。
45.氧气第一干燥塔74、氧气第二干燥塔75交替着进行纯化工作。氧气第一干燥塔74、氧气第二干燥塔75中的其中一个干燥塔进行纯化干燥工作时，另一个则进行再生工作以准备下一次的纯化干燥工作。下面以氧气第一干燥塔74进行干燥纯化工作，而氧气第二干燥塔75进行分子筛再生为例进行说明。
46.第一氧气纯化控制阀743、第一氧气输出控制阀744开启，氧气纯化输送管713中的待纯化的氧气经第一氧气纯化控制阀743进入氧气第一干燥塔74中，氧气第一干燥塔74中的分子筛吸附待纯化氧气中的水分，脱除了水分后的氧气依次经第一氧气输出控制阀744、氧气过滤器761、第二露点分析仪762后由氧纯化单元输出管76向外排出。
47.氧气预干燥再生气控制阀731开启，氧气再生气输送管712中的用于再生的氧气进入氧气预干燥塔73，用于再生的氧气中的水分被氧气预干燥塔73中的分子筛吸附，除去水分的氧气经第二再生加热器7331加热形成130℃～180℃的高温气体，高温气体经第二氧气旁通控制阀755进入氧气第二干燥塔75中，在高温氧气的加热作用下，氧气第二干燥塔75内的分子筛中的水分被蒸发出来，混有水分的氧气经第二氧气再生排出控制阀752进入至氧气再生回流管721，然后经氧气回流冷却器7211冷却后进入至氧气再生气分液罐72中进行气液分离。氧气再生气分液罐72中的水分经氧气再生分液排水管722排出，氧气再生气分液罐72中的气体经再生分液罐氧气输出管723进入至氧气纯化输送管713中，然后与氧气纯化输送管713中的待纯化的氧气汇聚后进入氧气第一干燥塔74进行干燥。
48.当根据第二露点分析仪762检测得到的数据判定输出的氧气中水分含量超出设定值时，则由氧气第一干燥塔74切换至氧气第二干燥塔75，即第一氧气旁通控制阀745、第一氧气再生排出控制阀742开启，第二氧气旁通控制阀755、第二氧气再生排出控制阀752关闭，第二氧气纯化控制阀753开启，第二氧气输出控制阀754开启，氧气第二干燥塔75进行干燥工作，氧气第一干燥塔74则进行再生。氧气第一干燥塔74再生的过程参见上述的氧气第二干燥塔75再生过程。
49.当工作一段时间后，发现氧气预干燥塔73中的分子筛水分吸附饱和后，则通过已经完成再生、并在等待下一次干燥纯化工作的氧气第一干燥塔74或氧气第二干燥塔75对氧气预干燥塔73中的分子筛进行再生。
50.氧气预干燥塔73再生过程如下，以氧气第一干燥塔74正在进行干燥纯化工作，采用氧气第二干燥塔75对氧气预干燥塔73中的分子筛进行再生为例进行说明。
51.氧气预干燥再生气控制阀731关闭，氧气预干燥再生排出控制阀732开启，第二氧气再生气控制阀751、第二氧气旁通控制阀755开启，第二氧气纯化控制阀753、第二氧气再生排出控制阀752、第二氧气输出控制阀754关闭。氧气再生气输送管712中的用于再生的氧气进入氧气第二干燥塔75，用于再生的氧气中的水分被氧气第二干燥塔75中的分子筛吸附，除去水分的氧气经第二氧气旁通控制阀755，再由第二再生加热器7331加热至130℃～180℃形成高温气体，高温气体进入氧气预干燥塔73中，高温气体作用使得氧气预干燥塔73内分子筛中的水分被蒸发出来，混有水分的氧气经氧气预干燥再生排出控制阀732进入至氧气再生回流管721，然后经氧气回流冷却器7211冷却进入至氧气再生气分液罐72中进行气液分离。氧气再生气分液罐72中的水分经氧气再生分液排水管722排出，氧气再生气分液罐72中的气体经再生分液罐氧气输出管723进入至氧气纯化输送管713中、与其中的待纯化的氧气汇聚后进入氧气第一干燥塔74进行干燥。
52.上述氧气的纯化过程不间断的进行，大大提高了氧气制备效率。并且在再生过程中，氧气都是循环利用，有效节约资源。
53.本实用新型的优点在于：氢纯化系统设置了氢气预干燥塔、氢气第一干燥塔、氢气第二干燥塔，氢气第一干燥塔与氢气第二干燥塔能交替进行干燥纯化工作，而氢气预干燥塔则能对停止干燥纯化的氢气第一干燥塔或氢气第二干燥塔中的分子筛进行再生，此外，再生完成的、并在等待下一次干燥纯化工作的氢气第一干燥塔或氢气第二干燥塔则能对氢气预干燥塔进行再生，因此氢纯化则能连续进行。再生过程中氢气不用外排，从而大大节约氢源。
54.同样的，氧纯化系统设置了氧气预干燥塔、氧气第一干燥塔、氧气第二干燥塔，氧气第一干燥塔与氧气第二干燥塔能交替进行干燥纯化工作，而氧气预干燥塔则能对停止干燥纯化的氧气第一干燥塔或氧气第二干燥塔进行分子筛再生，此外，再生完成的、并在等待下一次干燥纯化工作的氧气第一干燥塔或氧气第二干燥塔还能对氧气预干燥塔进行再生，因此氧纯化则能连续进行，且再生过程中氧气不用外排，从而大大节约氧气资源。氢纯化和氧纯化的连续进行确保了水解制氢生产能连续进行，从而大大提高了制氢效率。
55.氢纯化工作和氧纯化工作的连续进行，从而大大提高氢和氧的纯化效率，从而能大大提高产品氢和产品氧的生产效率。