《氢气纯化装置讲义》PPT课件.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，可脱除氢气中氧

2、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程,两塔纯化流程,三塔纯化流程,容器简图,脱氧

3、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，液态水在气水分离器内被滤除并经排水阀QZ1102排出

4、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

5、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，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，

6、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，冷凝水随氢气流入气水分离器1140D后与氢气分离，经排水阀QZ11

7、04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，不再加热氢气，干燥器1120B进入吹冷阶段。当干燥器1120A工作状

8、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、TE1107）变化情况：下部温度升高过快，调小Q1107或调大Q1102，增

9、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（即使下部温度低于下部设定温度，加热器也不会重新加热）。目的：一旦加热器控制出现

10、问题，可防止加热器不停加热，导致脱氧器超温。,工艺参数及控制,脱氧器下部温度设定范围：100200;脱氧器上部温度设定范围：160250；脱氧器下部温度和脱氧器上部温度设定值之差为4060,工艺参数及控制,干燥器温度 干燥器下部温度（TE1103,TE1105,TE1107)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，保证氢气及下部填料层温度基本恒定，不会超温导致干燥剂失效。同时，在氢气热传导及加热器热辐射共同作用下，干燥剂温度逐层不断升高。,工艺参数及控制,干燥器上部

11、温度（TE1104,TE1106,TE1108)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，此时干燥器加热再生过程结束，干燥器进入吹冷过程。,工艺参数及控制,干燥器下部温度设定范围：250280;干燥器上部温度设定范围：170230；,工艺参数及控制,纯化装置系统压力 压力变送器PT1101将系统压力传送至PLC，与系统压力设定值进行比较，如高于设定值，气动薄膜调节阀PV1101开度增大，系统压力降低；如低于设定值，气动薄膜调节阀PV1101开度减小，系统压力升高，保证纯化系统工作压力基本恒定，保证纯化装置正常运行。（注：纯化装置设定工作压力应至少低于水电解制氢装置工作压

12、力0.15MPa，以保证水电解制氢装置氢氧液位平衡，制氢系统可正常运行）,工艺参数及控制,再生气流量 再生气流量为纯化装置现场流量计的指示数值。装置运行时，应保证再生气流量基本恒定，当氢气纯化装置进气量发生变化时，应及时调整再生气量，保证再生气量在合适范围内。,工艺参数及控制,再生气流量范围 一般情况下：对于常温冷却水氢气纯化装置，再生气量应为额定处理量的4070。对于低温冷却水氢气纯化装置，再生气量应为额定处理量的1535。（适合的再生气量在调试时确定，运行人员应作为重要工艺参数予以保证）。,开车准备,1.气密性试验 试验压力为水电解制氢装置的工作压力P，保压12小时以上，每小时压力降不得高

13、于0.005P为合格，在气密性试验过程中应考虑温度及干燥剂吸附的影响。2.检查电加热器接线是否正确，各相之间电阻是否均衡，是否有短路现象。3.打开水封进水阀Q1501，待水封溢流口有水流出时，关闭阀Q1501。,开车步骤,1.充氮置换（非常重要）通过充氮口向装置充入氮气，压力充至0.5MPa,通过球阀Q1102泄压至0.1MPa;再充压至0.5MPa,泄放到0.1MPa;重复三次，最后纯化装置充氮至0.5MPa。2.打开冷却水进出口阀门D1101和D1102，确保冷却水（低温水或常温水）供应正常。3.打开氢气进口阀Q1104,氢气放空阀Q1105,氢气储存阀Q1106。,开车步骤,4.点击制氢

14、装置控制界面上的“氢气进纯化”按钮，纯化装置开始工作。5.待纯化装置压力稳定后,打开露点仪进气阀J1101及微量氧分析仪进气阀J1102，调节减压阀Y1101,Y1102至合适流量，对氢气进行分析。6.调节再生气量调节阀L1101，使再生气量在合适范围内。7.待氢气纯度及露点达到使用要求后，可切换气动三通球阀QS1107(1、2连通，氢气进入产品氢气输送管道；1、3连通，氢气放空）。,停车步骤,1.点击制氢装置控制界面上的“氢气放空”按钮，纯化装置停止运行。2.关闭球阀Q1103，Q1104,Q1105。3.关闭分析仪进气阀J1101,J1102。4.若为短时间停车，低温冷却水可以不停；当长时

15、间停车或涉及到冷却水维修时，应停止供应低温冷却水。5.可通过旁通阀Q1102卸压。6.若为短时间停车，系统内可保持0.1MPa的氮气。当长时间停车时，纯化系统应以高纯氮进行氮气置换，并维持0.1MPa的系统压力。,注意事项,1.干燥装置间严禁明火,操作人员禁穿钉子鞋入内。2.应注意观察原料氢气的含氧量,其值应低于0.5%,若高于0.5%,氢气不应进入纯化装置。3.再生进气温度不得超过 350。再生加热终止温度不得超过 300。4.当没有氢气流过电加热器时禁止开启电加热器,以防烧毁电加热器元件。,注意事项,5.装置运行时应确保冷却水（低温水及常温冷却水供应正常），防止氢气温过高，破坏阀门的内密封

16、及外密封。6.设备维修时必须进行氮气吹扫。7.应确保干燥器加热时间在1.5小时至3小时之间，同时上部联锁温度不得低于170。8.严禁将再生气量调节阀Q1107全开或Q1102全关，防止干燥器再生时无再生气，电加热器干烧导致电加热器损坏。,维修,更换电加热器 1.停车、卸压，氮气置换；2.打开与内筒连接的中法兰；3.电加热元件与中法兰是一体的，将电加热元件整套更换。,维修,更换及补充填料1.长期使用后(2年以上)容器内的填料会有所减少,可打开容器的填料口法兰补充填料。2.运行5年以上的装置,若干燥器的有效工作时间达不到 6h可考虑更换干燥剂。更换方法：a 打开干燥器卸料口，卸下干燥器内的分子筛；

17、b 恢复卸料口，打开装料口，将干燥器内填满分子筛；c恢复装料口。做气密性检查，无泄漏点为合格,故障判断及消除,露点下降1.冷却水供给是否正常；（恢复供给）2.露点仪氢气吹扫时间是否足够；（耐心等待）3.露点仪流量是否正常；（露点仪放空管路是否不畅，取样系统是否正常）4.氢气过滤器内是否进水；（停车卸压后打开氢气过滤器排污口将水放净）5.露点仪故障；（维修露点仪）6.气水分离器排水故障。（检查控制程序及自动排水阀工作是否正常）7.干燥剂再生温度过低。（提高再生温度）8.纯化工作压力过低。（提高工作压力）9.干燥器工作时间过长。（缩短干燥器工作时间）10.干燥剂性能下降。（更换干燥剂）,故障判断及消除,干燥器无法再生或时间过长或过短1.检查再生气量调节阀Q1107、Q1102，保证再生气量在合适范围内。2.电加热控制电路故障。3.电加热器功率不足损坏。4.铂电阻故障。5.纯化装置长时间未使用。,故障判断及消除,氧含量过高1.检查微量氧分析仪取样系统是否存在泄漏；2.脱氧催化剂吸水过多；（提高伴热温度至200.3.伴热温度过低；4.脱氧剂性能下降需更换；,谢谢,