氢气纯化装置讲义.ppt
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1、氢气纯化装置培训讲义,七一八研究所制备,氢气纯化方法, 催化脱氧变温吸附 目前电解水制氢普遍采取的氢气纯化方法 变压吸附 改变系统压力提纯氢气( 增压吸附、降压解吸) 针对杂质种类较多的氢气,可一次性提纯氢气至99.9999,需消耗部分氢气。,氢气纯化方法,低温吸附法 通过液氮冷却氢气,在极低的温度下吸附氢气中的杂质。氢气纯度可达到99.9999%以上。 钯膜扩散法 利用氢气可透过钯膜的特性,可得到纯氢,催化脱氧,氧气来源:1.隔膜渗透 2.碱液中夹带的氧气 反应式:2H2O22H2OQ 催化剂:钯触媒 在伴热温度120时,可脱除氢气中氧气至0.5PPM 在伴热温度180 时,采用定制的钯触媒
2、,可脱除氢气中氧气至0.06PPM(1PPMw),催化脱氧,催化反应过程: 1. 反应物从流动的气相中扩散至催化剂表面 2. 反应物从外表面扩散到催化剂内表面 3. 反应物吸附在催化剂表面上 4. 在催化剂表面进行氢氧化合反应 5. 水分子从催化剂表面脱附 6. 水分子从内表面扩散到外表面 7. 水分子从外表面扩散到流动的气体中,变温吸附,吸附氢气中含有的液态水和气态水 属于物理吸附过程 常温吸附,升温解吸 解吸温度 高于170,减少吸附剂装量的途径,提高氢气纯化装置工作压力 降低氢气温度 缩短干燥器工作周期,干燥剂再生原理,热辐射 热传递(主要的热量来源),纯化流程,两塔纯化流程 三塔纯化流
3、程,两塔纯化流程,三塔纯化流程,容器简图,脱氧器,脱除氢气中的氧气,干燥器,脱除氢气中的水分,氢气冷却器,冷却氢气,减少氢气的含水量 低温水氢气冷却器 常温水氢气冷却器,气水分离器,脱除氢气中的液态水,氢气过滤器,去除氢气中粉尘,集水器,安全排水,水封,安全排水,氢气纯化装置工作原理,主要针对三塔氢气纯化流程 脱氧 脱水,氢气纯化装置工作原理,原料氢气经气水分离器1140A滤除液态水后进入脱氧器1110,游离水经排水阀QZ1101排出系统;在脱氧器中内,氧和氢经催化剂作用生成水,氧气被去除,生成的水被氢气带出脱氧器1110,进入冷却器1130A,经冷却器冷凝后随氢气进入气水分离器1140B,液
4、态水在气水分离器内被滤除并经排水阀QZ1102排出系统,含有饱和水蒸气的氢气则进入干燥器1120A或1120B或1120C,气态水在干燥器被分子筛吸附,高纯度的氢气流出干燥器,再经氢气过滤器1150,滤尘后进入用氢处。,氢气纯化装置工作原理,一个切换周期中,共经历3个状态: a.1120A工作,1120B再生,1120C吸附; b.1120B工作,1120C再生,1120A吸附; c.1120C工作,1120A再生,1120B吸附;,氢气纯化装置工作原理,对于每个状态,原料氢气经脱氧、冷却、滤水后进入的第一个干燥器处于 工作状态,处理气量为全气量,干燥器不加热,介质为未脱水的原料氢气;,氢气纯
5、化装置工作原理,进入的第二个干燥器处于 再生状态,用于干燥器再生的气量应根据氢气纯化处理气量调节(可能为全气量,也可能为部分气量),干燥器先加热,当上部温度达到连锁值后,自动停止加热,介质为经过脱水的干燥氢气; (加热干燥剂: 被加热的氢气 电加热器热辐射),氢气纯化装置工作原理,进入的第三个干燥器处于 吸附状态,处理气量为再生气量,干燥器不加热,介质为再生用氢气。,干燥剂再生要求,1、适当的再生氢气量 2、适当的电加热器功率 3、适合的再生时间,工作流程说明,脱氧后的氢气经气动三通球阀QS1101(P&ID图中1、2连通)、气水分离器1140C、冷却器1130B由干燥器1120A下接口进入,
6、在此氢气中含有的饱和水蒸气被干燥剂吸附,干燥的氢气由上接口流出,经气动三通球阀QS1104(P&ID图中1、2连通)后分为两路,一路流向干燥器1120B(再生气),另一路经球阀Q1107直接进入氢气过滤器1150(产品气) 。,工作流程说明,由干燥器1120A流出的干燥的再生用氢气经气动三通球阀QS1105(P&ID图中1、2连通)由干燥器1120B上接口进入,在1120B内氢气先与电加热元件接触被升温,然后流经干燥剂床层,干燥剂上吸附的水分与热的氢气接触,从干燥剂上脱附,随氢气一同经干燥器1120B的下接口流出;,工作流程说明,热再生用氢气进入冷却器1130C,氢气及被其带出的水蒸气被冷却,
7、冷凝水随氢气流入气水分离器1140D后与氢气分离,经排水阀QZ1104排出系统;,工作流程说明,被冷却的再生用氢气经气动三通球阀QS1102(P&ID图中1、3连通)、气动三通球阀QS1103(P&ID图中1、3连通)、气水分离器1140E、冷却器1130D由干燥器1120C下接口进入,再生用氢气中含有的饱和水蒸气被干燥剂吸附,干燥的氢气由干燥器1120C上接口流出,经气动三通球阀QS1106(P&ID图中1、3连通)、Q1102及再生气流量计进入氢气过滤器(与流出干燥器1120A的产品气会合),氢气中含有的粉尘被滤除。,工作流程说明,当干燥器1120B连锁温度达到连锁值后,电加热元件断电,不
8、再加热氢气,干燥器1120B进入吹冷阶段。 当干燥器1120A工作状态结束时 (由PLC控制),氢气纯化装置自动进入下一状态(b状态),工作流程说明,气水分离器1140A、1140B、1140C、1140D、1140E按程序设定时间依次排水到集水器1160(一般每8小时排一次),每台气水分离器排完水后,集水器都要通过气动球阀QZ1106排一次水,水排到水封1520中,当水封中的液位高度达到溢流高度后,水将从水封排污口中流出。,再生气量调节,再生气和产品气的气量分配通过Q1107(粗调)和Q1102(微调)调节。 电加热器加热时间以2小时为宜。 观察干燥器下部温度(TE1103、TE1105、T
9、E1107)变化情况: 下部温度升高过快,调小Q1107或调大Q1102,增大再生气量。 下部温度升高较慢或最高温度在250度以下,调大Q1107或调小Q1102,减少再生气量。,工艺参数及控制,脱氧器温度 脱氧器下部温度(TE1101)为电加热器的温控温度:当下部温度低于下部温度设定值时,电加热器工作,下部温度升高;当下部温度低于下部温度设定值时,电加热器停止工作,下部温度降低;通过电加热器不断的启停,由温度基本恒定的热氢气逐层加热脱氧剂,最终,保证脱氧器在设定的伴热温度下工作。,工艺参数及控制,脱氧器上部温度(TE1102)为电加热器联锁温度。当上部温度超过上部温度设定值时,电加热器断电(
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