氢气(氧气)纯化系统

录入时间:2019-05-30 08:51:24 


氧气纯化系统与氢气纯化系统相似,在这里我们以氢纯化系统为例进行原理讲解。

氢气纯化装置能够去除氢气中的氧气和水分杂质, 以满足对氢气的含氧量和含水量有较高要求的用户。

氢气纯化装置为整体框架式结构,框架内安装有气水分离器、脱氧器、氢气干燥器、氢气冷却器、过滤器、积水器等设备和各种阀门、管道以及检测、控制用的就地仪表和一次仪表。
















脱氧的工作原理

在催化剂的作用下,氢气中的少量氧气可与氢气发生化合反应生成水,达到除氧目的。该反应为放热反应,反应式如下:

2H2+O2 催化剂 2H2O+Q

因为催化剂自身的组成、化学性质和质量在反应前后均不发生变化,因此催化剂可连续使用,无需再生。

脱氧器的结构及流程

脱氧器为内、外筒结构,催化剂装填在外筒和内筒之间,防爆电加热组件安装在内筒内,两个温度传感器分别位于催化剂填料的顶端和底端,用于检测和控制反应温度。外筒外部包覆保温层,可防止热量散失及避免烫伤。

原料氢气从脱氧器上端入口进入内筒,经电加热元件加热,由下至上流经催化剂床层,原料氢气中的氧气与氢气在催化剂的作用下发生化合反应生成水,从下端出口流出的氢气中的氧含量可降至1ppm以下。化合生成的水以气态形式随氢气流出脱氧器,在随后的氢气冷却器中冷凝, 

在气水分离器中过滤并被排出系统。





干燥的工作原理

氢气的干燥采用的是吸附法,用分子筛作为吸附剂,干燥后氢气的露点可达到-70℃以下。
分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物,经脱水后内部形成了许多大小相同的空腔,具有极大的表面积。能把形状直径大小不同的分子,极性程度不同的分子,沸点不同的分子,饱和程度不同的分子分离开来,故称为分子筛。水是极性很强的分子,分子筛对水有强烈的亲和力。
分子筛的吸附为物理吸附,当吸附饱和后,需要一段时间进行加热再生才能再次进行吸附。因此一台纯化装置中至少包含两台干燥器,一台工作时另一台再生,才能保证连续不断的生产露点稳定的氢气。
干燥器为内、外筒结构,吸附剂装填在外筒和内筒之间,防爆电加热组件安装在内筒内,两个温度传感器分别位于分子筛填料的顶端和底端,用于检测和控制反应温度。外筒外部包覆保温层,可防止热量散失及避免烫伤。
吸附状态(包括主工作状态和次工作状态)和再生状态的气流是反向的。吸附状态时上端管口为气体出口,下端管口为气体进口,再生状态时上端管口为气体进口,下端管口为气体出口。
干燥系统按照干燥器的数量可分为两塔干燥器和三塔干燥器。





两塔干燥器的工作流程


两塔纯化典型流程


装置中设置了两台干燥器,在一个循环周期(48小时)内进行交替工作、再生,从而实现整套装置工作的连续性,干燥后氢气的露点可达到-60℃以下。在一个工作周期(48h)中,干燥器A、B分别经历以下工作状态,见表

干燥器工作状态

工作时间(hr

干燥器A

干燥器B

4

加热再生

    

20

自然冷却

    

4

    

加热再生

20

    

自然冷却


三塔干燥器的工作流程



三塔纯化典型流程




装置中设置了三台干燥器,在一个循环周期(24小时)内,每台干燥器都依次经历主工作、次工作、再生状态,从而实现整套装置工作的连续性,干燥后氢气的露点可达到-70℃以下。

由表可以看出,整套装置在一个循环周期内也存在三种工作状态,分别被称作Z1Z2Z3

装置与干燥器的工作状态

工作时间

(h)

装置的

工作状态

干燥器的工作状态

干燥器1121

干燥器1122

干燥器1123

8

Z1

主工作

再生

次工作

8

Z2

次工作

主工作

再生

8

Z3

再生

次工作

主工作


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