专利名称：连续纯化水电解氢气的方法
技术领域：
本发明涉及一种连续纯化水电解氢气的方法，属于氢气纯化技术领域。
背景技术：
水经过电解之后获得的含有微量氧和饱和水汽的氢气，经过脱氧器除去杂质氢和干燥塔干燥去湿，获得高纯产品氢气。为能达到高纯度氢气，常用的氢气纯化装置，通常都采用部分产品氢气再生法，部分再生主要是为了连续操作。如图1所示的氢气纯化装置，包括二个干燥塔(107、108)、三个再生冷却器(103、105、106)、汽水分离器101、脱氧器102和二位四通气动阀门(104、111)及流量计109；采用约10％产品氢气再生，再生后废氢气排空，耗损掉；干燥塔107将脱氧冷却后的氢气24小时地吸附去湿，生产出高纯度的产品氢气，从干燥塔107获得的高纯度产品氢气中分流出10％产品氢气入干燥塔108，进行8小时的加热再生、16小时的吹冷，再生后的废氢气冷却后排放于大气。装置24小时自动切换一次，变干燥塔108去湿工作24小时，从干燥塔108生产的高纯度产品氢气中分流出10％产品氢气入干燥塔107，进行加热再生8小时、吹冷16小时，再生后的废氢气冷却后也排放于大气。48小时，装置又自动切换，回到原干燥塔107工作状态和干燥塔108再生状态。水电解氢气由A进入装置，处理后的高纯产品氢气由B去用地，约10％废氢气由C排出。
按上述过程往复循环，按照电解出来的氢气总量计算，可以连续获得90％收率的高纯度产品氢气，而10％产品氢气在对干燥塔内部的干燥剂进行再生之后，成为废氢气而排放到大气当中被损耗掉。可以清楚看出，常用的氢气纯化装置，从流程、设备、操作使用上看存在两大缺点一是浪费了价高的约10％氢能源，二是污染了大气环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种连续纯化水电解氢气的方法，对再生后废氢气进行回收，不仅可连续获得高纯度产品氢气，还实现氢气“零排放”无耗损的技术工艺。
本发明的目的通过以下技术方案来实现连续纯化水电解氢气的方法，水经过电解之后获得的含有微量氧和饱和水汽的氢气，经过脱氧器去除杂质氧和干燥塔干燥去湿，形成高纯产品氢气，其特征在于所述的干燥塔有3座，分别为I号塔、II号塔、III号塔，整个纯化过程在这三座塔内周期性连续进行，每个工作周期等分成①、②、③三个阶段——第①阶段水电解氢气进入I号干燥塔全气量去湿，获得的高纯产品氢气被分流为两部分，按体积比计算，其中90％～85％为主流气体，另外10％～15％被分流进入II干燥塔，对II干燥塔在上一周期所吸附的水分进行吹带，使II干燥塔内部的干燥剂再生，吹带之后这10％～15％再生废氢气经过冷却以后进入III号干燥塔，它们在III号干燥塔内部又被去湿，形成高纯产品氢气，最后与I号干燥塔出口的90％～85％主流高纯产品氢气合并；第②阶段水电解氢气进入II号干燥塔全气量去湿，获得的高纯产品氢气被分流为两部分，其中90％～85％为主流气体，另外10％～15％被分流进入III干燥塔，对III干燥塔在上一周期所吸附的水分进行吹带，使III干燥塔内部的干燥剂再生，吹带之后这10％～15％再生废氢气经过冷却以后进入I号干燥塔，它们在I号干燥塔内部又被去湿，形成高纯产品氢气，最后与II号干燥塔出口的90％～85％主流高纯产品氢气合并；第③阶段水电解氢气进入III号干燥塔全气量去湿，获得的高纯产品氢气被分流为两部分，其中90％～85％为主流气体，另外10％～15％被分流进入I干燥塔，对I干燥塔在上一周期所吸附的水分进行吹带，使I干燥塔内部的干燥剂再生，吹带之后这10％～15％再生废氢气经过冷却以后进入II号干燥塔，它们在II号干燥塔内部又被去湿，形成高纯产品氢气，最后与III号干燥塔出口的90％～85％主流高纯产品氢气合并。
进一步地，上述的连续纯化水电解氢气的方法，所述工作周期为72小时，①、②、③三个阶段各为24小时。
再进一步地，上述的连续纯化水电解氢气的方法，所述的干燥塔为内外筒结构，内筒设有U型电加热棒；所述干燥剂为分子筛干燥剂，它们装在内外筒之间。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在①技术方案新颖，采用10％～15％产品氢气再生，再生后废氢气通过第III干燥塔回收，零排放、无损耗；不仅可获得高纯度(≥99.999％)产品氢气，还实现氢气“零排放”无耗损的技术工艺。
②可节约10％～15％的氢能源，节能效果、经济效益十分显著。
③减少和避免可燃氢气对环境的污染，使大气的净化得到缓解，让人类生活的环境更加美好。
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明图1背景技术的系统结构示意图；图2本发明的系统结构示意图；图中各附图标记的含义见下表
具体实施方式
水经过电解之后获得的含有饱和水汽的氢气，进入本发明的零排放三塔式氢气连续纯化处理工艺系统。首先经汽水分离器1分离去除游离子水，再进入装有钯铂双金属脱氧催化剂的脱氧器2去除杂质氧，然后进入氢气冷却冷凝器3完成一级去湿，继而进行连续纯化处理。
如图2所示，本发明使用三个干燥塔(第I号塔13、第II号塔14、第III号塔15)，三个再生冷却器(第I再生冷却器10、第II再生冷却器11、第III再生冷却器12)和相应的进出口阀门(第I自动阀4、第II自动阀5、第III自动阀6、第IV自动阀7、第V自动阀8、第VI自动阀9、第VII自动阀16、第VIII自动阀17、第IX自动阀18、第X自动阀19、第XI自动阀20、第XII自动阀21)及流量计(第I流量计22、第II流量计23、第III流量计24)构成零排放三塔式氢气连续纯化处理工艺系统。水电解氢气由A进入连续纯化处理工艺系统，处理后的高纯产品氢气由B去用地。
每个干燥塔为内外筒结构，内筒设有6根U型电加热棒(每根4.5KW)，内外筒间装有400公斤13X分子筛干燥剂，三个再生冷却器都为换热面积20m2使用6℃冷冻水的列管冷却器。当其中一个干燥塔进行全气量吸附干燥时，另一个干燥塔进行再生(把上一周期所吸收的水分变为水汽并被带出至冷却器冷凝分离)，还有一个干燥塔进行10％再生氢气的去湿。
本发明技术方案周期性操作，通常以72小时为一周期，每个周期当中以24小时为一时段进行一次动作切换，其具体实施过程为0小时时，自动阀(4、17、16、18、8、21)呈开状态，自动阀(5、6、7、9、19、20)呈关状态；0～24小时去除杂质氧和一级去湿后的氢气经第I自动阀4进入第I号干燥塔13进行全气量(1000m3/h)二级去湿，产出1000m3/h高纯度产品氢气，经第VIII自动阀17至第I流量计22，显示值(900m3/h)并锁定开度位置，主流出90％(900m3/h)高纯度产品氢气；同时被分流出10％(100m3/h)的高纯度产品氢气，经第VII自动阀16、第IX自动阀18进入第II干燥塔内筒，由内筒27KW电加热进行加热、温控在280℃，从下而上地再生、吹带出内外筒干燥剂上一周期所吸附的水分，8小时自动停电加热，进行16小时的吹冷。再生吹冷的氢气进入第II号再生冷却器11，再经过第V自动阀8和第III号干燥塔15从上而下地去湿，将10％再生废氢气被去湿产出高纯度产品氢气，经内筒由上而下出第III号干燥塔15，再经第XII自动阀21、第III流量计24流出，与主流90％量的高纯产品氢气合并，共同经过滤器25除尘，获100％收获率，实现零排放。
24小时末装置进行切换，自动阀(5、19、18、20、9、17)呈开状态，自动阀(4、6、7、8、21、16)呈关状态；24～48小时去除杂质氧和一级去湿后的氢气经第II自动阀5入第II号干燥塔14进行全气量1000m3/h二级去湿，产出1000m3/h高纯度产品氢气，经第X自动阀19至第II流量计23，显示值(900m3/h)的主流产品氢气，锁定开度位置，主流出90％(900m3/h)高纯度产品氢气；同时被分流出10％(100m3/h)的高纯度产品氢气，经第IX自动阀18、第XI自动阀20入第III号干燥塔内筒，由内筒27KW电加热进行加热、温控在280℃，从下而上地再生吹带出内外筒干燥剂上一周期所吸附的水分，8小时后自动停电加热、进行16小时的吹冷，再生吹冷后的废氢气入第III号再生冷却器12，经第VI自动阀9和第I号再生冷却器10冷却到室温后，进入第I干燥器13，进行从上而下的去湿工作，将10％再生废氢气去湿产出高纯度产品氢气，由内筒自下向上出塔，经第VIII自动阀17、第I流量计22，与主流(900m3/h)高纯产品氢气合并，共同经过滤器25除尘，也获100％收获率，也实现零排放。
48小时末装置进行切换，自动阀(6、21、20、16、7、19)呈开状态，；自动阀(4、5、8、9、17、18)呈关状态；48～72小时去除杂质氧和一级去湿后的氢气经第III自动阀6入第III号干燥塔15进行全气量1000m3/h二级去湿，产出1000m3/h高纯度产品氢气，经第XII自动阀21至第III流量计24，显示值(900m3/h)的主流产品氢气，锁定开度位置，主流出90％(900m3/h)高纯度产品氢气；同时被分流出10％(100m3/h)的高纯度产品氢气，经第XI自动阀20、第VII自动阀16入第I号干燥塔内筒，由内筒27KW电加热进行加热、温控于280℃，从下而上地再生吹带出内外筒干燥剂上一周期所吸附的水分，8小时后自动停电加热、进行16小时的吹冷。再生吹冷后的废氢气入第I号再生冷却器10，经第IV自动阀7和第II号再生冷却器11冷却到室温，进入第II号干燥塔14，进行从上而下地去湿，将10％再生废氢气被去湿产出高纯度产品氢气，由内筒自下向上出塔，经第X自动阀19、第II流量计23，与90％主流高纯度产品氢气合并，最后共同经过滤器25除尘，也获100％收获率，也实现零排放。
72小时末装置进行切换，自动阀(4、17、16、18、8、21)呈开状态；自动阀(5、6、7、9、19、20)呈关状态。
干燥塔再生切换工作过程，由PLC程控操作，其“8小时自动停电加热，16小时吹冷”的技术原理为再生塔加热后，上一过程吸湿在干燥剂上的水分子运动加快，温度越高水分子运动越快，水分子随再生氢热气流被吹带出来，设计用10％～15％产品氢量的再生气，再生加热恒温280℃下8小时脱水可基本完成；再生气吹冷，16小时能让干燥剂温度逐步下降到室温、等待切换再作吸湿用。“8小时加热、16小时吹冷”参数可根据实际使用状况作适当调整。
系统每24小时自动切换一次，72小时为一周期，每个周期结束复原为初始状态。经此过程，水电解氢气可以连续去湿纯化形成高纯度产品氢气。
综上，以72小时为一个工作周期，每个工作周期分为三个过程，各过程当中三个干燥塔的操作方式及自动切换阀的状态如下表所示
本发明进行周期性循环往复连续作业，始终保证获得100％氢气收率，实现氢气“零排放”的生产工艺，氢损耗为零，不污染环境，大大提高了经济效益。
以上具体描述了本发明技术方案的应用实例，它们仅作为例子给出，不视为对本发明的应用限制。凡操作条件的等同替换，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.连续纯化水电解氢气的方法，水经过电解之后获得的含有微量杂质氧和饱和水汽的氢气，经过脱氧器除去杂质氧和谐干燥塔干燥去湿，形成高纯产品氢气，其特征在于所述的干燥塔有3座，分别为I号塔、II号塔、III号塔，整个纯化过程在这三座塔内周期性连续进行，每个工作周期等分成①、②、③三个阶段——第①阶段水电解氢气进入I号干燥塔全气量去湿，获得的高纯产品氢气被分流为两部分，按体积比计算，其中90％～85％为主流气体，另外10％～15％被分流进入II干燥塔，对II干燥塔在上一周期所吸附的水分进行吹带，使II干燥塔内部的干燥剂再生，吹带之后这10％～15％再生废氢气经过冷却以后进入III号干燥塔，它们在III号干燥塔内部又被去湿，形成高纯产品氢气，最后与I号干燥塔出口的90％～85％主流高纯产品氢气合并；第②阶段水电解氢气进入II号干燥塔全气量去湿，获得的高纯产品氢气被分流为两部分，其中90％～85％为主流气体，另外10％～15％被分流进入III干燥塔，对III干燥塔在上一周期所吸附的水分进行吹带，使III干燥塔内部的干燥剂再生，吹带之后这10％～15％再生废氢气经过冷却以后进入I号干燥塔，它们在I号干燥塔内部又被去湿，形成高纯产品氢气，最后与II号干燥塔出口的90％～85％主流高纯产品氢气合并；第③阶段水电解氢气进入III号干燥塔全气量去湿，获得的高纯产品氢气被分流为两部分，其中90％～85％为主流气体，另外10％～15％被分流进入I干燥塔，对I干燥塔在上一周期所吸附的水分进行吹带，使I干燥塔内部的干燥剂再生，吹带之后这10％～15％再生废氢气经过冷却以后进入II号干燥塔，它们在II号干燥塔内部又被去湿，形成高纯产品氢气，最后与III号干燥塔出口的90％～85％主流高纯产品氢气合并。
2.根据权利要求1所述的连续纯化水电解氢气的方法，其特征在于所述工作周期为72小时，①、②、③三个阶段各为24小时。
3.根据权利要求1所述的连续纯化水电解氢气的方法，其特征在于所述的干燥塔为内外筒结构，内筒设有U型电加热棒；所述干燥剂为分子筛干燥剂，它们装在内外筒之间。
全文摘要
本发明提供一种连续纯化水电解氢气的方法，水电解氢气经3座干燥塔干燥去湿，整个纯化过程在这三座塔内周期性连续进行，每个工作周期分为三个阶段当水电解氢气进入I号干燥塔全气量去湿时，由产出的高纯产品氢气分流出10％～15％进入II干燥塔，吹带II干燥塔的上一周期所吸附的水分，其再生废氢气冷却后进入III号干燥塔，经去湿成为高纯产品氢气，再与I号干燥塔90％～85％的主流气体合并；另两个阶段情况与此类似。通常以72小时为一周期，每24小时切换一次，连续操作获得高纯产品氢气。该技术方案不仅可获得高纯度产品氢气，还实现氢气“零排放”，始终保证100％收率，氢损耗为零，既提高了经济效益，又有利于保护大气环境。
文档编号B01D53/26GK1920100SQ20061004111
公开日2007年2月28日 申请日期2006年8月4日 优先权日2006年8月4日
发明者朱同清, 吕国爱, 张碧航, 马军, 刘勇 申请人:苏州竞立制氢设备有限公司