氢气纯化装置讲义课件

1、氢气纯化装置讲义氢气纯化装置培训讲义氢气纯化装置讲义氢气纯化方法 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。氢气纯化装置讲义氢气纯化方法 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，可得到纯氢氢气纯化装置讲义催化脱氧 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

2、温度180 时，采用定制的钯触媒，可脱除氢气中氧气至0.06PPM（1PPMw）氢气纯化装置讲义催化脱氧 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 氢气纯化装置讲义变温吸附 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氢气纯化装置讲义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氢气纯化装

3、置讲义干燥剂再生原理 热辐射 热传递（主要的热量来源） 氢气纯化装置讲义纯化流程 两塔纯化流程 三塔纯化流程氢气纯化装置讲义两塔纯化流程氢气纯化装置讲义TS HT ET ICTET IT TSTET TT ET I CTS HSSTET SHT I CO 2 A NA LY Z ERQ IQI TM OI S TU REAN A LY Z ERQIFFV E NTVE NTH14X 2H14X 2AP=10W 14X2W 14X2W 14X2W 14X2Q TQA HQS H HQ AHQ S HH7373H 8X1.5H 8X1.57 27272TET SH AL =3 0 A L =3 0

4、 A L =3 0 T SHTITS HT IT TW 14X2冷 却 水回冷 却水 进W 14 X2双 点画 线框 内为 纯化 装置 框架 内部 分P I200efghj A L= 3 0图 例JQQ Z截止阀球阀气动薄膜调节阀气动直通球阀PZV安全阀阀门标示HQ止回阀P V自立式前级稳压阀带锁球阀QS气动三通球阀节流阀FF过滤器管帽可拆卸连接排污点流量现场指示流量信号远传F FKE HM S法兰连接电加热器手动取样口盲通两用连接变径接头阻火器阀位反馈器管件标示D CS /P LC现场指示远传信号软联锁停车硬联锁停车仪表信号标示A分析首位报警次位自控字母标示N氮气H氢气污水WC = 防止表面

5、结露L = 防止热量散失G = 防止获得热量P = 个人保护用途A = 硅酸铝纤维毡- 5 T O +7 50C = 玻璃棉 - 18 TO + 20材料 AC = 10 0 材料用途厚度保温（保冷）标示序号代号名称数 量材 料重 量单 件总 计供方1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 02 12 22 32 42 5200纯化装置1718所1718所718所718所718所1718所1718所1718所1718所1718所1718所718所脱氧器干燥器冷却器气水分离器氢气过滤器232集水器集水器水封球阀 DN10 PN4LFHILPQRTVY流量电

6、流液位压力质量温度电压高限指示低限记录变送器电气转换器E元件CHW 18X2.5CH WRCH WS 低温冷却水给水低温冷却水回水H 38X3c原 料 氢气a产 品 氢气d1110112011301130B1130A11401140A11501160B1160A1160A1120B1120A11101130C1140B1160B1150152015201510B1510B1510A1510AQ1103Q1102J11 02J1103J110 1QZ110 2QZ1104QZ1103QZ1101QS110 1Q S1103Q1105Q1104QS 1104PV11 011 1 011 1 011

7、 1 011 1 011 1 0211 0 21 1 021 10 2Q15011 10 21 10 21 10 211 0 211 0 111 0 11 1 01P IJ 11041 10 41 10 41 10 41 10 41 1 031 1 0311 0 311 0 61 1 061 1 061 10 61 1 051 1 051 10 5EH 110 1E H1 10 2EH 11 03氮 气bQ1101H1101H 32X3H 32X3H 32X3H 32X3H 32X3H 32X3H 32X3H 32X3H 32X3H 32X3H 32X3H32X3H 32X3H 3 2X 3H

8、 32X3H 32X3H32X3H 32X3H 32 X3H 32X3H 3 2X3CHWR 76X4CHWR 76X4CHWR 76X4CHWS 76X4CHWS 76X4CHWS76X4CHWR 38X3CHWR 38X3CHWR 38X3CHWS38X 3CHWS 38X3CHWS 38X3H 89X 4阻火器 DN32阻火器 DN80N 14X2H 2 5X32 6718所1718所718所1718所2用户用户截止阀 DN3 PN42压 力表 截止 阀 DN6 PN4止回阀 DN10 PN42球阀 DN15 PN1J1101,J1102J1103，J1104H1101718所Q1101

9、11球阀 DN20 PN4Q1102球阀 DN25 PN4D1501D1502D1501-D1502蝶阀 DN65 PN1Q1501Y1101Y110 2H 25X3FL1 101PTPICPAHPSHHPYIP7511011101110111011101SP： 1.35MPaSP： 1.4MPaS P： 1.45MPa11 021 10 3设计七 一八 研究 所S共张第张重量阶段标记比例签名年、 月、 日更 改文 件 号分区处 数标 记设计校核标 准 化工艺批准审定QC Y Z - 4 0 0 / 1. 5氢 气 纯 化 装 置 流 程 图1 :1说明纯化装置辅助系统要求：冷却水7C 15m

10、3/h 仪表气 1m3/h总功率：27KW脱氧器电加热器功率：12KW 三相干燥器电加热器功率 15KW 三相介质标示仪表气I AH110 2Q1106Q1103-Q11064水封气液进口冷却水给水总管冷却水回水总管室外室外产品氢气储罐DN 1 0DN 1 0DN 1 0DN 1 0常压1.01.0常压1.5常压1.5平肩接头阻火器入口氮气气源气液处理器氢气出口平肩接头1.5排污口微量氧 分析仪放空口氢气露点仪放空口氢气放空口用途产品氢气出口氮气吹扫入口原料氢气进口符号abcdefghj数量111111111压力 MPa常压通径 mm法兰连接方式法兰法兰法兰法兰法兰法兰对 接 接 口纯化装置外

11、接管口表低温冷却水回水口低温冷却水进水口DN 2 5DN 2 5DN 2 5DN 8 0DN 8 0718所718所718所718所718所718所718所11112直通 气动球阀 DN10 PN444氢气露点仪微量氧分析仪QZ1101-QZ1104QS1101-QS1104PV1101QT-1101QIT-1102L1101节流阀 DN20 PN4Y1101，Y1102减压阀 DN3 PN4三通 气动球阀 DN25 PN4气动薄膜稳压阀1718所H1102止回阀 DN20 PN41231QS110223123氢气纯化装置讲义三塔纯化流程氢气纯化装置讲义集水器序号代 号名 称数量材 料重量单件

12、总计供 方123456789101112纯化装置17 18所17 18所7 18所7 18所7 18所17 18所17 18所脱氧器干燥器冷却器气水分离器氢气过滤器345水封1117 18所7 18所7 18所7 18所7 18所1设 计七 一 八 研 究 所S共张第张重 量阶 段 标 记比 例签 名年 、 月、 日更 改文 件 号分 区处数标记设 计校 核标准化工 艺批 准审 定氢 气 纯 化 流 程 图1 :1A图 例JQQZ截 止 阀球 阀气 动 薄 膜 调 节 阀气 动 直 通 球 阀PZ V阀 门 标 示HQ止 回 阀PV自 立 式 前 级 稳 压 阀带 锁 球 阀QS气 动 三 通

13、 球 阀节 流 阀FF过 滤 器管 帽可 拆 卸 连 接排 污 点流 量 现 场 指 示流 量 信 号 远 传F F KE HM S法 兰 连 接电 加 热 器手 动 取 样 口盲 通 两 用 连 接变 径 接 头阻 火 器阀 位 反 馈 器管 件 标 示D CS / PL C现 场 指 示远 传 信 号软 联 锁 停 车硬 联 锁 停 车仪 表 信 号 标 示A分 析首 位报 警次 位自 控 字 母 标 示N氮 气I A仪 表 气H氢 气污 水W介 质 标 示C =防 止 表 面 结 露用 途材 料材 料用 途厚 度保 温 （ 保 冷 ） 标 示LFHILPQRTVY流 量电 流液 位压 力

14、质 量温 度电 压高 限指 示低 限记 录变 送 器电 气 转 换 器E元 件CH W RCH W S低 温 冷 却 水 回 水低 温 冷 却 水 给 水PISTETEST ESTESPIghcdQTQIQA HQSHHFeQ TQ IQAHQS HHFjPTPI CPA HPSHHP YIPPV75f室外产品氢气储罐D N 10D N 101.5常压1.5平肩接头阻火器入口氮气气源气液处理器氢气出口1.5氢气露点仪放空口氢气放空口用途产品氢气出口氮气吹扫入口原料氢气进口符号abcdegh数量11111压力MPa常压通径 m m 连接方式法兰法兰法兰对 接 接 口纯化装置外接管口表水封气液进口

15、D N 10常压1.01.0排污口111法兰法兰法兰低温冷却水回水总管低温冷却水给水总管低温冷却水回水口低温冷却水进水口室外D N 101常压法兰微 量氧 分 析仪 放空 口jabf1510B152011 1011 00110011 2011 3011 4011 50115011 601160151 0A151 0B阻火器 DN 3215 20Q11 01Q1 101Q1 105D110 1D110 2Q150 1J11 02J11 01J1 104J 1103H 8X1 .5H 8X1 .5H 14X2H 14 X21510AC = 玻 璃 棉- 18TO+2 0A = 硅 酸 铝 纤 维

16、毡-5TO+7 5 0W 1 4X2W 1 4X2W 14 X2W 1 4X2W 14X2W 14 X2W 14 X2W 14X2W 14X2W 14 X2H 1 4X2W 14X 2W 14X 2H 1 4X2CHW 1 8X2. 5W 1 4X2- SS法兰Y 1101Y 11021130A1130C1130B1130DAC =20 AC=2 0AC =20AC =20 AC= 20 AC=2 0 AC=2 0AC =20 AC=2 0 AC=2 0AC =20 AC=2 0A C=20 AC =201140B1140A1140C1140D1140EEH1120C1120CAL =20 Q

17、 Z11 01QZ 1105QZ 1104QZ 1103QZ 1102QZ11 06QS1 101QS11 07QS 110 3QS11 02110 1110111011101110111 01110111011101110111 0211 0211 0211 02AL =110 AL =11 0AL= 110110 1110711 051 103H 1101安 全 阀减 压 阀YD碟 阀P =个 人 保 护G =防 止 获 得 热 量L =防 止 热 量 散 失1110容 器 序 号部 件 序 号设 备 序 号110 11 102AC= 20EH1110A1110EH1120B1120BEH

18、1120A1120AT ICT SH11071107TICTSH11 0511 05TI CTS H1 1031 103T ICT SH110 1110 1TE110 2T SHTI110 2110 2TE1 104TITS H1 1041 104T E11 06T ITSH11 0611 06TE1108TIT SH11081108N 18X3球阀DN15PN4阻火器 DN1 50Q 1104Q1 106原料氢气进充氮口低温冷却水出低温冷却水进产品氢气出H 45 X3H 45X 3H 45 X3H 45 X3H 45 X3H 45 X3H 45 X3H 45 X3H 45 X3H 45X3H

19、 45X 3H 45X 3H 45X 3H 45X 3H 4 5X3H 45 X3H 45X 3H 45 X3H 45 X3H 45 X3H 45 X3H 45 X3H 45X3H 45 X3H 45 X3H 4 5X3H 45X3H 45X 3H 45 X3H 45X3H 45X 3H 45X 3H 45 X3H 45X 3CHWS 7 6X4CH WS 76X 4CH WS 76X 4CHW S 76X4CHWS 1 33X 4CHWR 1 33X4CHW R 133X 4CH WR 133 X4CHWS 1 33X4CH WS 133 X4CHW S 133X 4C HWR 17 6X4

20、CH WR 176 X4CHWR 1 76X4CHW R 176X 4H 32X3H 45 X3H 159 X4说明纯化装置 辅助系统要求：低温冷却水7C 50 m3/h仪表气 1m3 /h总功率： 66KW脱氧 器电加热器功率：36K W干燥器电加热器功率30KWD N 40D N 40D N 40D N 12 5D N 12 5H 45 X3H 45 X3H 45 X3H 45 X3H 4 5X3H 45 X3H 45X 3FQ 1103Q11 02Q11 0725242322212019181716151413H 32X3三通 气动 球阀D N 3 2P N 4QT-1 102QT-1

21、101PV-1 101PT-1 101QS 1101- QS11 07QZ 1101- QZ11 06压力变送器7 18所1气动薄膜调节 阀微量氧分析仪7 18所1767 18所7 18所7 18所7 18所11直通 气动 球阀D N 1 0P N 4氢气露点仪蝶阀DN125PN1球阀DN40PN47 18所止回阀DN15PN4H11 01减 压阀 DN3PN42Y 1101 ，Y1102J 1101, J110 2J 1103 ，J1104Q15 01D 1101, D110 2球阀DN15PN117 18所7 18所7 18所7 18所221压力表截止阀 DN6 PN 4截 止阀 DN3P

22、N47 18所7 18所22球阀DN25PN4Q 1104- Q110 74Q 1102, Q110 31QS 110423132132QS1 106QS 1105111222333123氢气纯化装置讲义容器简图氢气纯化装置讲义脱氧器脱除氢气中的氧气氢气纯化装置讲义氢气纯化装置讲义干燥器脱除氢气中的水分氢气纯化装置讲义氢气纯化装置讲义氢气冷却器 冷却氢气，减少氢气的含水量 低温水氢气冷却器 常温水氢气冷却器氢气纯化装置讲义氢气纯化装置讲义气水分离器脱除氢气中的液态水氢气纯化装置讲义氢气纯化装置讲义氢气过滤器去除氢气中粉尘氢气纯化装置讲义氢气纯化装置讲义集水器安全排水氢气纯化装置讲义氢气纯化装置

23、讲义水封安全排水氢气纯化装置讲义abAA1462963061020154121108X2d121314151617183033192021222324252627282930315219X3133X3123456789101170Bc860a,b,ecB15151561201203-12A-A氢气纯化装置讲义氢气纯化装置工作原理 主要针对三塔氢气纯化流程 脱氧 脱水氢气纯化装置讲义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

24、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。 氢气纯化装置讲义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；氢气纯化装置讲义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

25、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；氢气纯化装置讲义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）氢气纯化装置讲义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。氢气纯化装置讲义干燥剂再生要求1、适当的再生氢气量2、适当的电加热器功率3、适合的再生时间氢气纯化装置讲义工作流程

26、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，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） 。氢气纯化装置讲义工作流程说明 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

27、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；氢气纯化装置讲义工作流程说明 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QZ1104排出系统；氢气纯化装置讲义工作流程说明 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

28、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。氢气纯化装置讲义工作流程说明 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）氢气纯化装置讲义工作流程说明 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

29、到溢流高度后，水将从水封排污口中流出。氢气纯化装置讲义再生气量调节 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。氢气纯化装置讲义工艺参数及控制 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

30、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。氢气纯化装置讲义工艺参数及控制 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问题，可防止加热器不停加热，导致脱氧器超温。氢气纯化装置讲义工艺参数及控制 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 氢气纯化装置讲义工艺参数及控制 干燥器温度 干燥器下部温

31、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。氢气纯化装置讲义工艺参数及控制 干燥器上部温度（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。氢气纯化装置讲义工艺参数及控制 干燥器下部温度设定范围

32、： 250280; 干燥器上部温度设定范围： 170230；氢气纯化装置讲义工艺参数及控制 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）氢气纯化装置讲义工艺参数及控制 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

33、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。氢气纯化装置讲义工艺参数及控制 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）。氢气纯化装置讲义开车准备 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

34、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。 氢气纯化装置讲义开车步骤 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。氢气纯化装置讲义开车步骤 4. 点击制氢装置控制界面上的“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）。氢气纯化装置讲义停车步骤 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；当长时间停车或涉及到冷却水维修时，应停止供应低