氢气纯化系统解析

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。

一、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。

二、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。

1、两塔干燥器的工作流程

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

2、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Z1、Z2、Z3。

来源：派瑞氢能

原文始发于微信公众号（艾邦氢科技网）：氢气纯化系统解析