水电解氢气纯化方法及实现该方法的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氢气纯化方法及实现该方法的装置，属于气体净化技术领域。
【背景技术】
[0002]水电解制氢的一般工艺流程是:采用25?30%氢氧化钾或氢氧化钠水溶液为电解液，电解槽通常在80?90°C条件下工作。水在电解槽中被电解成4与O2，并与未被电解的碱液一起分别进入气液后处理装置中的氢、氧气液分离器，分离出来的气体再经过气体洗涤、冷却。在碱性水电解行业中，氧气通常不用，排空入大气中，氢气被利用。而通过上述简单处理后的氢气由于含水量较高，造成露点较高，不能满足后续生产要求。
[0003]为了除去氢气中含有的水分，通常需要引入纯化装置。纯化装置通常包括用于脱去氢气中含有的微量氧的脱氧塔和用于去除氢气中含有的水分的干燥塔以及相应冷却器。为使纯化装置连续稳定运行，现有技术通常采用有压再生方法，即两个干燥塔工作压力相同，一个干燥塔在系统工作压力下对气体进行干燥，另外一个干燥塔在系统工作压力下进行再生。
[0004]如图1所示，水电解氢气纯化工艺系统，包括两个干燥塔(139、140)、两个冷却器(131、137)、脱氧塔130、四通阀133、球阀134、氢气减压器135和流量计136 ;具体纯化工艺如下:原料氢气经过脱氧塔130去除杂质氧后进入冷却器137进行汽水分离，之后进入干燥塔139中，在系统工作压力条件下8小时吸附去湿，生产出的高纯氢气按体积比被分流成产品氢气(90%)和再生氢气(10%)两部分。产品氢气经过氢气过滤器141过滤，再经调节阀142调节其压力后进入后续用氢单元；而再生氢气进入干燥塔140，在系统工作压力、温控200°C的条件下，进行4小时的加热再生、4小时的吹冷，再生后的氢气进入冷却器131冷却后依次通过四通阀133、球阀134，再通过氢气减压器135调节压力，最后经流量计136观察流量后排放于大气；8小时，系统通过阀门切换一次，变干燥塔140在系统工作压力条件下8小时吸附去湿，从干燥塔140生产出的高纯氢气中分流出10% (体积比)作为再生氢气进入干燥塔139中，在系统工作压力条件下进行4小时的加热再生、4小时的吹冷，再生后的氢气进入冷却器137冷却后依次通过四通阀133、球阀134，再通过氢气减压器135调节压力，最后经流量计136观察流量后排放于大气。16小时，系统再次切换阀门，回到原干燥塔139去湿状态和干燥塔140再生状态。整体纯化工艺按上述过程循环往复。
[0005]然而现有水电解氢气纯化工艺系统存在如下两点问题:
(1)干燥塔再生过程在系统压力条件下进行，由于再生氢气的量比较少，流速较低，很难把干燥剂吸附的水蒸汽带走；
(2)当两个干燥塔切换工作状态后，再生干燥塔开始加热，水蒸汽向上逆流而混入产品氢气，导致产品氢气的露点较高。而且现有的纯化工艺系统也只能把产品氢气的露点降低到-40 0C ο
[0006]为了达到更低的露点，通常需要引入三个干燥塔的流程来对产品氢气进行处理，这样的结果是成本升高，工艺流程复杂，设备维护困难。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是:提出一种显著降低氢气露点、降低能耗的水电解氢气纯化方法及实现该方法的装置。
[0008]本发明为解决上述技术问题提出的技术方案之一是:
一种水电解氢气纯化方法，纯化过程是:水电解后获得的含有微量杂质氧和饱和水汽的原料氢气，经过脱氧塔除去杂质氧和干燥塔去湿后形成高纯氢气，所述干燥塔有两个，分别为第一干燥塔和第二干燥塔，所述纯化过程在所述第一干燥塔和第二干燥塔内先后进行
1、II两个阶段，所述1、II两个阶段构成一个工作周期，所述工作周期至少是一个；
I阶段:所述原料氢气进入所述第一干燥塔在工作压力下全气量去湿，获得的高纯氢气被分流为第一产品氢气和第一再生氢气两部分，所述第一产品氢气进入后续用氢单兀；所述第一再生氢气进入第二干燥塔，释放第二干燥塔工作压力至常压，同时将第二干燥塔内部的干燥剂加热至100?120°C，对第二干燥塔在上一周期所吸附的水分进行吹带，使第二干燥塔内部的干燥剂再生，吹带之后的第一再生氢气经冷却后放空；
II阶段:原料氢气进入所述第二干燥塔在工作压力下全气量去湿，获得的高纯氢气被分流为第二产品氢气和第二再生氢气两部分，所述第二产品氢气进入后续用氢单元，所述第二再生氢气进入第一干燥塔，释放第一干燥塔工作压力至常压，同时将第一干燥塔内部的干燥剂加热至100?120°C，对第一干燥塔在上一周期所吸附的水分进行吹带，使第一干燥塔内部的干燥剂再生，吹带之后的第二再生氢气经冷却后放空。
[0009]优选地，所述1、II阶段，将所述干燥剂加热至110°C。
[0010]优选地，进行所述I阶段时，高纯氢气按体积比被分流成90%的第一产品氢气和10%的第一再生氢气；进行所述II阶段时，高纯氢气按体积比被分流成90%的第二产品氢气和10%的第二再生氢气。
[0011]优选地，所述工作周期的时间是16小时，其中1、II两个阶段各为8小时。
[0012]优选地，所述干燥塔为单筒结构，筒内设有电加热管；所述干燥剂为分子筛干燥剂，它们装在筒内与所述电加热管接触。
[0013]本发明为解决上述技术问题提出的技术方案之二是:
一种实现权利要求1所述水电解氢气纯化方法的装置，包括脱氧塔、第一冷却器、第二冷却器、第一干燥塔、第二干燥塔和四通阀；所述第一冷却器设有第一连接端和第三连接端，所述第二冷却器设有第二连接端和第八连接端，所述第一干燥塔设有第四连接端和第五连接端，所述第二干燥塔设有第六连接端和第七连接端，所述四通阀设有第一阀口、第二阀口、第三阀口和第四阀口 ；所述脱氧塔的出口连接至第一阀口，第二阀口连接至第一连接端，第四阀口连接至第二连接端；所述第三连接端与第四连接端相连，所述第五连接端与第六连接端相连，所述第七连接端与第八连接端相连，当第一干燥塔和第二干燥塔内进行所述I阶段过程时，分流出第一产品氢气和第一再生氢气；当第一干燥塔和第二干燥塔内进行所述II阶段过程时，分流出第二产品氢气和第二再生氢气。
[0014]优选地，所述第五连接端和第六连接端之间的连接管路上设有四个单向阀和两个计量阀，所述单向阀分别为第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀和第四单向阀，所述计量阀为第一计量阀和第二计量阀；所述连接管路包括第一管路、第二管路以及并联设于所述第一管路和第二管路之间的第三管路和第四管路；所述第一管路的一端与第五连接端相连，另一端流出第一产品氢气；所述第二管路的一端与第六连接端相连，另一端流出第二产品氢气；所述第一单向阀设于第一管路上，第一单向阀的入口端靠近第五连接端，所述第二单向阀设于第二管路上，第二单向阀的入口端靠近第六连接端，所述第三管路上靠近第五连接端依次设有第一计量阀和第三单向阀，所述第四管路上靠近第六连接端依次设有第二计量阀和第四单向阀。
[0015]本发明产生的有益效果为:
(1)本发明的水电解氢气纯化方法，由于在常压条件下再生，加热过程中脱附的水蒸汽无法从再生干燥塔(低压区)逆流到去湿干燥塔(高压区)；此外，实验结果通过计算显示，本发明再生干