氫氣（氧氣）純化系統(tǒng)

錄入時間：2019-05-30 08:51:24　

氧氣純化系統(tǒng)與氫氣純化系統(tǒng)相似，在這里我們以氫純化系統(tǒng)為例進行原理講解。

氫氣純化裝置能夠去除氫氣中的氧氣和水分雜質(zhì), 以滿足對氫氣的含氧量和含水量有較高要求的用戶。

氫氣純化裝置為整體框架式結(jié)構(gòu)，框架內(nèi)安裝有氣水分離器、脫氧器、氫氣干燥器、氫氣冷卻器、過濾器、積水器等設(shè)備和各種閥門、管道以及檢測、控制用的就地儀表和一次儀表。

脫氧的工作原理

在催化劑的作用下，氫氣中的少量氧氣可與氫氣發(fā)生化合反應(yīng)生成水，達到除氧目的。該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)式如下：

2H2+O2 催化劑 2H2O+Q

因為催化劑自身的組成、化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量在反應(yīng)前后均不發(fā)生變化，因此催化劑可連續(xù)使用，無需再生。

脫氧器的結(jié)構(gòu)及流程

脫氧器為內(nèi)、外筒結(jié)構(gòu)，催化劑裝填在外筒和內(nèi)筒之間，防爆電加熱組件安裝在內(nèi)筒內(nèi)，兩個溫度傳感器分別位于催化劑填料的頂端和底端，用于檢測和控制反應(yīng)溫度。外筒外部包覆保溫層，可防止熱量散失及避免燙傷。

原料氫氣從脫氧器上端入口進入內(nèi)筒，經(jīng)電加熱元件加熱，由下至上流經(jīng)催化劑床層，原料氫氣中的氧氣與氫氣在催化劑的作用下發(fā)生化合反應(yīng)生成水，從下端出口流出的氫氣中的氧含量可降至1ppm以下?；仙傻乃詺鈶B(tài)形式隨氫氣流出脫氧器，在隨后的氫氣冷卻器中冷凝， 

在氣水分離器中過濾并被排出系統(tǒng)。

干燥的工作原理

氫氣的干燥采用的是吸附法，用分子篩作為吸附劑，干燥后氫氣的露點可達到-70℃以下。
分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物，經(jīng)脫水后內(nèi)部形成了許多大小相同的空腔，具有極大的表面積。能把形狀直徑大小不同的分子，極性程度不同的分子，沸點不同的分子，飽和程度不同的分子分離開來，故稱為分子篩。水是極性很強的分子，分子篩對水有強烈的親和力。
分子篩的吸附為物理吸附，當(dāng)吸附飽和后，需要一段時間進行加熱再生才能再次進行吸附。因此一臺純化裝置中至少包含兩臺干燥器，一臺工作時另一臺再生，才能保證連續(xù)不斷的生產(chǎn)露點穩(wěn)定的氫氣。
干燥器為內(nèi)、外筒結(jié)構(gòu)，吸附劑裝填在外筒和內(nèi)筒之間，防爆電加熱組件安裝在內(nèi)筒內(nèi)，兩個溫度傳感器分別位于分子篩填料的頂端和底端，用于檢測和控制反應(yīng)溫度。外筒外部包覆保溫層，可防止熱量散失及避免燙傷。
吸附狀態(tài)（包括主工作狀態(tài)和次工作狀態(tài)）和再生狀態(tài)的氣流是反向的。吸附狀態(tài)時上端管口為氣體出口，下端管口為氣體進口，再生狀態(tài)時上端管口為氣體進口，下端管口為氣體出口。
干燥系統(tǒng)按照干燥器的數(shù)量可分為兩塔干燥器和三塔干燥器。

兩塔干燥器的工作流程

兩塔純化典型流程

裝置中設(shè)置了兩臺干燥器，在一個循環(huán)周期（48小時）內(nèi)進行交替工作、再生，從而實現(xiàn)整套裝置工作的連續(xù)性，干燥后氫氣的露點可達到-60℃以下。在一個工作周期（48h）中，干燥器A、B分別經(jīng)歷以下工作狀態(tài)，見表

干燥器工作狀態(tài)

三塔干燥器的工作流程

三塔純化典型流程

裝置中設(shè)置了三臺干燥器，在一個循環(huán)周期（24小時）內(nèi)，每臺干燥器都依次經(jīng)歷主工作、次工作、再生狀態(tài)，從而實現(xiàn)整套裝置工作的連續(xù)性，干燥后氫氣的露點可達到-70℃以下。

由表可以看出，整套裝置在一個循環(huán)周期內(nèi)也存在三種工作狀態(tài)，分別被稱作Z1、Z2、Z3。

裝置與干燥器的工作狀態(tài)