專利名稱：變壓吸附式氫氣干燥方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變壓吸附式氫氣干燥方法及其裝置，該裝置可用于制氫站、氫冷發(fā)電機(jī)組、冶煉廠制氧站的吸附式氫氣干燥。
背景技術(shù)：
以氫冷發(fā)電機(jī)為例，發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣濕度過高，會(huì)引起繞組絕緣性能下降，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組端部繞組短路發(fā)生擊穿事故。為了確保氫冷發(fā)電機(jī)能正常安全運(yùn)行，必須降低機(jī)內(nèi)氫氣濕度。通常的氫氣干燥有制冷式氫氣干燥和吸附式氫氣干燥兩種方法，制冷式氫氣干燥方法和技術(shù)成熟，但干燥深度不夠，達(dá)不到新近頒布的干燥標(biāo)準(zhǔn)要求；相比之下，吸附式氫氣干燥方法干燥深度高，械轉(zhuǎn)動(dòng)部件少，運(yùn)行可靠性高。
現(xiàn)有的吸附式氫氣干燥裝置主要采用機(jī)外強(qiáng)制循環(huán)干燥、閉路再生的全封閉型雙塔吸附式干燥方法，該裝置主要由風(fēng)機(jī)、除油器、干燥塔、冷卻器、水分離器、閥門、電氣控制柜等構(gòu)成。該裝置的氫氣循環(huán)構(gòu)成兩個(gè)回路，即，氫氣的吸附干燥過程，構(gòu)成主回路；吸附劑的再生過程，構(gòu)成副回路。由電氣控制柜控制兩個(gè)干燥塔吸附與再生操作的切換。這種吸附式氫氣干燥方法及其裝置存在如下缺點(diǎn)(1)由于干燥塔內(nèi)吸附劑的再生是采用恒壓變溫方法實(shí)現(xiàn)，油份不易除去，吸附劑再生效果不甚理想。(2)再生回路中，讓少量氫氣進(jìn)入干燥塔將水份帶出，以加熱的方式使吸附劑解析出水份，實(shí)現(xiàn)吸附劑再生，再生溫度高，高溫再生時(shí)間長(zhǎng)。(3)現(xiàn)有裝置包括兩個(gè)氫氣循環(huán)回路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連接點(diǎn)多，可泄漏點(diǎn)多。
針對(duì)上述技術(shù)存在的缺陷，專利CN1275423A對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，提供一種除油效率高，干燥塔內(nèi)吸附劑再生效果好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠的吸附式氫氣干燥方法和吸附式氫氣干燥裝置。該方法和裝置采用變溫變壓再生工藝，利用再生狀態(tài)干燥塔內(nèi)的殘余氫氣，加熱使其溫度從常溫上升至150-250℃，抽真空使塔內(nèi)壓力從工作壓力下降到0.1-0.01MPa，塔內(nèi)吸附劑解吸出水汽和油份而再生；解析出的水汽、油和塔內(nèi)殘余的氫氣排至安全管路。但是這種吸附裝置也存在(1)吸附塔再生完成后，由于壓力變化，出現(xiàn)氣流沖擊吸附劑和設(shè)備的現(xiàn)象；(2)再生時(shí)，吸附劑溫度要上升至150-250℃，再生工序完成后，需要對(duì)吸附劑進(jìn)行冷卻；(3)當(dāng)吸附裝置出現(xiàn)故障時(shí)，氫氣直接排入安全管道，不利于發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，在現(xiàn)有吸附干燥方法和裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提供一種除油效率高，干燥塔內(nèi)吸附劑再生效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠的變壓吸附式氫氣干燥方法。
本發(fā)明的目的還在于提供所述方法使用的變壓吸附式氫氣干燥裝置。
本發(fā)明的變壓吸附式氫氣干燥方法包括下列步驟——?dú)錃獾奈礁稍?1)高濕氫氣除油；(2)濕氫氣在干燥塔內(nèi)進(jìn)行干燥；(3)干燥的氫氣返回發(fā)電機(jī)組使用；——吸附劑的再生(1)采用變溫變壓再生工藝，先降壓，然后利用再生狀態(tài)干燥塔內(nèi)的殘余氫氣，加熱使其溫度從常溫上升至150-250℃，然后抽真空使塔內(nèi)壓力下降到0.1-0.01MPa，塔內(nèi)吸附劑解吸出水汽和油份而再生；(2)塔再生時(shí)的氣流方向與干燥時(shí)的氣流方向相反，解析的水份、油和塔內(nèi)殘余的氫氣通過水循環(huán)真空泵排至安全管路；(3)用干燥氫氣對(duì)解析塔進(jìn)行沖壓，并對(duì)吸附劑進(jìn)行冷卻，完成再生。
本發(fā)明的吸附式氫氣干燥裝置主要由風(fēng)機(jī)、除油器、兩臺(tái)干燥塔、真空泵、冷卻器、過濾器和電器控制柜構(gòu)成；電器控制柜分別與風(fēng)機(jī)、干燥塔、真空泵、管路上的氣動(dòng)球閥、檢測(cè)儀表信號(hào)連接；冷卻器、除油器、風(fēng)機(jī)依次管路連接，風(fēng)機(jī)的出口與兩臺(tái)干燥塔入口管路相連，兩臺(tái)干燥塔出口管路依次連接過濾器和另一冷卻器；與干燥塔入口管路相連的副管路與真空泵入口連接，真空泵出口接安全管路。
電器控制柜通過干燥時(shí)間和露點(diǎn)信號(hào)來控制干燥設(shè)備的運(yùn)行和切換。
工作時(shí)，氫氣從冷卻器入口進(jìn)入，經(jīng)除油器、風(fēng)機(jī)進(jìn)入干燥塔，氫氣通過吸附劑床層被干燥，從干燥塔出來經(jīng)過濾器除塵和冷卻器冷卻返回發(fā)電機(jī)組使用，完成氫氣的吸附干燥循環(huán)。
吸附劑再生時(shí)，再生干燥塔內(nèi)有殘留氫氣，工作壓力一般為0.3-0.5Mpa；再生開始先變壓，使再生干燥塔的壓力降到常壓，再加熱使其溫度從常溫上升至150℃左右，然后真空泵工作使塔內(nèi)壓力從常壓下降到0.1-0.01MPa，塔內(nèi)吸附劑解吸出水汽和油份而再生，水汽、油份和氫氣經(jīng)水循環(huán)真空泵排向安全管路。
本發(fā)明可以在干燥塔出口管路安裝沖壓管線及孔板；改善和避免沖壓階段氣流對(duì)吸附劑和設(shè)備造成沖擊，引起吸附劑粉碎破壞。
為了提高操作的安全可靠性，在二條干燥塔管路上接手動(dòng)操作管路，通向安全管路，本發(fā)明裝置中與干燥塔入口管路相連的副管路還可以通過旁路管線接到氫氣入口；以便出現(xiàn)自動(dòng)控制操作故障或其他故障時(shí)，通過系統(tǒng)旁路保證發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并及時(shí)通過手動(dòng)操作解決故障。
本發(fā)明的吸附式氫氣干燥方法及其裝置可用于制氫站、氫冷發(fā)電機(jī)組、冶煉廠制氧站的在線或非在線氫氣干燥。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用變溫變壓再生吸附劑的方法，不但能有效解析吸附劑中的水份，還能解析油份等雜質(zhì)，而且再生時(shí)的氣流方向與干燥時(shí)的氣流方向相反，避免解析時(shí)雜質(zhì)對(duì)吸附劑的污染，提高干燥塔吸附劑的再生效果和氫氣的干燥深度；2、本發(fā)明的吸附干燥裝置在干燥塔出口管路安裝沖壓管線及孔板，改善和避免出現(xiàn)氣流沖擊吸附劑和設(shè)備的現(xiàn)象；3、本發(fā)明的吸附干燥裝置在進(jìn)口和出口管線上增加系統(tǒng)旁路管線，在裝置出現(xiàn)故障時(shí)，通過系統(tǒng)旁路保證發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高了操作可靠性。
4、本發(fā)明將吸附劑再生排出的水汽、油份等雜質(zhì)和氫氣一起排向安全管線，同時(shí)利用沖壓管線和旁路對(duì)吸附劑進(jìn)行冷卻，節(jié)省了冷卻器和分離器等設(shè)備，簡(jiǎn)化了干燥裝置。


圖1是本發(fā)明的變壓吸附式氫氣干燥裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的吸附式氫氣干燥裝置主要由前置和后置冷凝器1和6、除油器2、滑片磁力風(fēng)機(jī)3、二臺(tái)干燥塔4A和4B、超精過濾器5、真空泵7、安全管線8、沖壓管線及孔板9、電器控制柜10以及旁路管線11和氣動(dòng)球閥(用PV號(hào)表示)構(gòu)成。電器控制柜10分別與磁力風(fēng)機(jī)3、干燥塔4A和4B、真空泵7、氣動(dòng)球閥(PV)和測(cè)控儀表等相連接，通過程序邏輯控制器(PLC)來控制氫氣干燥設(shè)備吸附和解析的運(yùn)行和切換。
在干燥設(shè)備的管路上接手動(dòng)操作管路，通向安全管線8，同時(shí)在設(shè)備的進(jìn)口和出口管線上增加具有氣動(dòng)球閥的旁路管線11，以便出現(xiàn)自動(dòng)控制操作故障或其他故障時(shí)，及時(shí)通過旁路11和手動(dòng)操作解決故障。
工作時(shí)，按下列步驟通過電氣控制柜10進(jìn)行控制，結(jié)合附圖1，以干燥塔4A進(jìn)行吸附干燥，干燥塔4B進(jìn)行吸附劑再生的工作狀態(tài)為例進(jìn)行說明氫氣的吸附干燥待處理氣體經(jīng)前置冷卻器1進(jìn)行冷卻，在除油器2中除去較大粒徑的顆粒、凝結(jié)的液滴和油滴。由磁力風(fēng)機(jī)3增壓后，進(jìn)入吸附塔4A。干燥時(shí)間通過露點(diǎn)儀(Td-2)的露點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行控制，露點(diǎn)高于要求值，完成吸附塔的切換。干燥氣體經(jīng)超濾5和后置冷卻器6進(jìn)行凈化和冷卻，得到干燥產(chǎn)品氣，完成吸附工序。
吸附劑的再生在吸附塔4A進(jìn)行吸附的同時(shí)，解析塔4B進(jìn)行變溫變壓解析。具體解析過程如下第一步，對(duì)解析塔4B進(jìn)行降壓；第二步，用電加熱棒加熱解析塔4B中的吸附劑，加熱0.5-1小時(shí)，然后打開真空泵7，打開閥門PV-06和PV-08，在抽真空條件下繼續(xù)加熱0.5-1小時(shí)。第三步，停止加熱后，繼續(xù)抽真空3-4小時(shí)。第四步，打開氣動(dòng)閥PV-09，0.5分鐘后關(guān)閉閥PV-08，停止抽真空。完成對(duì)解析塔4B的置換過程、沖壓過程和充氣過程。第五步，打開閥門PV-11對(duì)吸附塔進(jìn)行冷卻，直到完成吸附塔的切換。該裝置解析出的水汽、油和塔內(nèi)殘余的氫氣通過水環(huán)式真空泵7排至安全管路8。
電器控制柜10控制二臺(tái)干燥塔的吸附和再生交替切換、各段管路和閥門的開閉、干燥塔的溫度和壓力變化。出現(xiàn)故障時(shí)，打開氣動(dòng)閥門PV-10和PV-11，實(shí)現(xiàn)氣體系統(tǒng)回流。或者通過手動(dòng)操作管路，使故障部件中的氣體從手動(dòng)操作管路排向安全管路8。
權(quán)利要求
1.一種變壓吸附式氫氣干燥方法，其特征在于包括下列步驟——?dú)錃獾奈礁稍?1)高濕氫氣除油；(2)濕氫氣在干燥塔內(nèi)進(jìn)行干燥；(3)干燥的氫氣返回發(fā)電機(jī)組使用；——吸附劑的再生(1)采用變溫變壓再生工藝，先降壓，然后利用再生狀態(tài)干燥塔內(nèi)的殘余氫氣，加熱使其溫度從常溫上升至150-250℃，然后抽真空使塔內(nèi)壓力下降到0.1-0.01MPa，塔內(nèi)吸附劑解吸出水汽和油份而再生；(2)塔再生時(shí)的氣流方向與干燥時(shí)的氣流方向相反，解析的水份、油和塔內(nèi)殘余的氫氣通過水循環(huán)真空泵排至安全管路；(3)用干燥氫氣對(duì)解析塔進(jìn)行沖壓，并對(duì)吸附劑進(jìn)行冷卻，完成再生。
2.權(quán)利要求1所述方法使用的吸附式氫氣干燥裝置，其特征在于主要由風(fēng)機(jī)、除油器、兩臺(tái)干燥塔、真空泵、冷卻器、過濾器和電器控制柜構(gòu)成；電器控制柜分別與風(fēng)機(jī)、干燥塔、真空泵、管路上的氣動(dòng)球閥、檢測(cè)儀表信號(hào)連接；冷卻器、除油器、風(fēng)機(jī)依次管路連接，風(fēng)機(jī)的出口與兩臺(tái)干燥塔入口管路相連，兩臺(tái)干燥塔出口管路依次連接過濾器和另一冷卻器；與干燥塔入口管路相連的副管路與真空泵入口連接，真空泵出口接安全管路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于在干燥塔出口管路安裝沖壓管線及孔板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于與干燥塔入口管路相連的副管路還通過旁路管線接到氫氣入口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變壓吸附式氫氣干燥方法，包括氫氣的吸附干燥和吸附劑的再生過程；本發(fā)明還涉及所述方法使用的裝置，主要由風(fēng)機(jī)、除油器、兩臺(tái)干燥塔、真空泵、冷卻器、過濾器和電器控制柜構(gòu)成；電器控制柜分別與風(fēng)機(jī)、干燥塔、真空泵、管路上的氣動(dòng)球閥、檢測(cè)儀表信號(hào)連接；冷卻器、除油器、風(fēng)機(jī)依次管路連接，風(fēng)機(jī)的出口與兩臺(tái)干燥塔入口管路相連，兩臺(tái)干燥塔出口管路依次連接過濾器和另一冷卻器；與干燥塔入口管路相連的副管路與真空泵入口連接，真空泵出口接安全管路；本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有吸附干燥方法和裝置進(jìn)行了改進(jìn)，其除油效率高，干燥塔內(nèi)吸附劑再生效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠。
文檔編號(hào)B01D53/047GK1634633SQ20041005240
公開日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月26日
發(fā)明者朱冬生, 范忠雷 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)