【技术实现步骤摘要】
用于可再生能源制氢的氢气干燥系统
[0001]本专利技术涉及电解水制氢
，具体而言，涉及一种用于可再生能源制氢的氢气干燥系统
。
技术介绍
[0002]氢能已成为未来我国能源体系的重要组成部分，可再生能源制氢是未来主要发展方向，氢能广泛应用于储能
、
冶金
、
化工
、
交通等领域
。
现有可再生能源制氢原料氢气中一般采用变温吸附形式干燥氢气，为避免再生氢气损耗，一般采用3塔式吸附器循环吸附
。
[0003]现有技术中大多数氢气干燥设备需连续供应原料氢气，以保证吸附器中的吸附剂可以连续进行高温脱附，至脱附彻底后进入下一吸附周期
。
吸附器中吸附剂脱附时对原料气的流量大小有一定要求，流量过小将导致脱附不彻底
。
在匹配可再生能源制氢时，一旦前端电源不稳定将导致原料氢气的制取产生间歇性或较大范围波动，原料氢气波动或中断将难以保证吸附器内部吸附剂能够彻底脱附，造成进入下一吸附周期后无法输出干燥氢气
。
并且现有技术中的吸附器大多为定时切换，匹配可再生能源制氢时，吸附器未吸附饱和就进行再生，一定程度上导致脱附阶段频繁加热脱附，造成能量损失
。
因此，需设计一种适用于间歇性和波动性的氢气干燥系统
。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供了一种用于可再生能源制氢的氢气干燥系统，以减小加热脱附频率，降低能耗，并且保证脱附和干燥效果
。
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种用于可再生能源制氢的氢气干燥系统，其特征在于，包括两个吸附器
、
预吸附器
(3)、
氢气自循环装置
(4)、
脱附加热器
(5)、
脱附冷却器
(6)
和脱附气水分离器
(7)
；其中，两个所述吸附器并联设置，两个所述吸附器交替进行吸附过程和脱附过程，所述吸附器的吸附流量随输入的可再生能源的波动而变化，通过累积所述吸附器单次吸附过程处理氢气流量切换所述吸附器的工作状态；所述预吸附器
(3)
与其中一个所述吸附器串联，用于协助所述脱附过程；所述脱附过程通过所述氢气自循环装置
(4)
循环所述预吸附器
(3)
或所述吸附器内的氢气，并与所述吸附过程相互独立，所述吸附过程结束后直接输出干燥氢气；所述脱附加热器
(5)
与所述氢气自循环装置
(4)
的出口连接，以加热所述氢气自循环装置
(4)
输出的氢气；所述脱附冷却器
(6)
的进口连接所述吸附器或所述预吸附器
(3)
，出口连接所述脱附气水分离器
(7)
，用于冷凝所述脱附过程的氢气中夹带的水汽，并通过所述脱附气水分离器
(7)
分离氢气和液态水，所述脱附气水分离器
(7)
的氢气出口与所述吸附器或所述预吸附器
(3)
连接
。2.
根据权利要求1所述的用于可再生能源制氢的氢气干燥系统，其特征在于，两个所述吸附器分别为第一吸附器
(1)
和第二吸附器
(2)
，所述第一吸附器
(1)
的入口通过第一吸附进气自动阀
(11)
和原料氢入口
(01)
连接，所述第一吸附器
(1)
的入口通过依次设置的第一脱附出气自动阀
(13)、
预吸附进气自动阀
(15)
和所述预吸附器
(3)
连接，所述第一吸附器
(1)
的出口连接有用于排出氢气的第一吸附出气自动阀
(12)
，所述第一吸附器
(1)
的出口通过依次设置的第一脱附进气自动阀
(14)、
第一预吸附出气自动阀
(16)
，与所述氢气自循环装置
(4)、
所述预吸附器
(3)
连接；所述第二吸附器
(2)
的入口通过第二吸附进气自动阀
(21)
和所述原料氢入口
(01)
连接，所述第二吸附器
(2)
的入口通过依次设置的第二脱附出气自动阀
(23)、
吸附器脱附出气自动切换阀
(25)
和所述脱附冷却器
(6)
连接，所述第二吸附器
(2)
的出口连接有用于排出氢气的第二吸附出气自动阀
(22)
，所述第二吸附器
(2)
的出口通过依次设置的第二脱附进气自动阀
(24)、
吸附器脱附进气自动切换阀
(26)
与所述脱附加热器
(5)
；其中，两个所述吸附器共用一个所述预吸附进气自动阀
(15)、
一个所述预吸附出气自动阀
(16)、
一个所述吸附器脱附进气自动切换阀
(26)
和一个所述吸附器脱附出气自动切换阀
(25)
；所述第一吸附器
(1)
的出口连接第一压力变送器
(17)
，所述第二吸附器
(2)
的出口连接第二压力变送器
(27)。3.
根据权利要求2所述的用于可再生能源制氢的氢气干燥系统，其特征在于，所述预吸附器
(3)
的入口通过预吸附进气自动切换阀
(31)
和所述预吸附进气自动阀
(15)
连接，所述预吸附器
(3)
的入口通过脱附出气自动切换阀
(33)
和所述脱附冷却器
(6)
连接，所述预吸附器
(3)
的出口通过脱附进气自动切换阀
(32)
和外充压入口
(07)
连接，所述预吸附器
(3)
的出口通过预吸附出气自动切换阀
(34)
和所述氢气自循环装置
(4)、
所述预吸附出气自动阀
(16)
连接，所述预吸附器
(3)
的出口连接第三压力变送器
(35)。4.
根据权利要求1所述的用于可再生能源制氢的氢气干燥系统，其特征在于，所述氢气自循环装置
(4)
的入口与所述预吸附器
(3)
或所述吸附器相连，所述氢气自循环装置
(4)
包括多套自循环单元，在单套所述自循环单元的工作流量不满足脱附流量需求时由多套所述自循环单元并联运行；每套所述自循环单元包含依次连接的自循环入口关断阀
、
自循环设备
、
自循环出口止回阀和自循环出口关断阀
。5.
根据权利要求1所述的用于可再生能源制氢的氢气干燥系统，其特征在于，所述用于
可再生能源制氢的氢气干燥系统还包括原料氢入口
(01)、
产品氢出口
(02)、
氢气放空口
(03)、
冷却水出口
(04)、
冷却水入口
(05)、
排污口
(06)、
外充压入口
(07)
和集水器
(8)
；其中，所述原料氢入口
(01)
和所述吸附器的入口连接，所述产品氢出口
(02)
通过产品氢自动阀
(94)
和所述吸附器的出口连接，所述氢气放空口
(03)
通过氢气放空自动阀
(95)
和所述吸附器的出口连接，在所述吸附器连接至所述产品氢出口
(02)
的管路上，设置有自力式压力调节阀
(91)、
氢气流量计
(92)
和氢气露点仪
(93)
，所述冷却水入口
(05)、
所述冷却水出口
(04)
均和所述脱附冷却器
(6)
连接，所述外充压入口
(07)
通过外充压自动阀
(96)
和所述吸附器
、
所述预吸附器
(3)
连接，所述脱附气水分离器
(7)
的液体出口通过液体出口自动阀
(71)
和所述集水器
(8)
的入口连接，所述集水器
(8)
的出口通过排污自动阀
(81)
和所述排污口
(06)
连接
。6.
根据权利要求1所述的用于可再生能源制氢的氢气干燥系统，其特征在于，所述脱附过程包括充压阶段
、
脱附阶段
、
预吸附阶段
、
等待阶段和补压阶段，所述预吸附器
(3)
的预吸附过程包括充压阶段
、
预吸附阶段
、
脱附阶段
、
补压阶段和等待阶段；两个所述吸附器分别为第一吸附器
(1)
和第二吸附器
(2)
，所述第一吸附器
(1)
为吸附过程
A1
，则所述第二吸附器
(2)
为脱附过程
D
，此为
A1D
；所述第二吸附器
(2)
为吸附过程
A2
，则所述第一吸附器
(1)
为脱附过程
D
，此为
A2D
；所述吸附器的充压阶段对应所述预吸附器
(3)
的充压阶段，此为
D1
阶段；所述吸附器的脱附阶段对应所述预吸附器
(3)
预的吸附阶段，此为
D2
阶段；所述吸附器的预吸附阶段对应所述预吸附器
(3)
的脱附阶段，此为
D3
阶段；所述吸附器的补压阶段对应所述预吸附器
(3)
的补压阶段，此为
D4
阶段；所述吸附器的等待阶段对应所述预吸附器
(3)
的等待阶段，此为
D5
阶段；两个所述吸附器和所述预吸附器
(3)
的工作状态组合分为
A1D1、A1D2、A1D3、A1D4、A1D5、A2D1、A2D2、A2D3、A2D4、A2D5
状态，由多个自动阀开关状态变化来实现各状态切换
。7.
根据权利要求6所述的用于可再生能源制氢的氢气干燥系统，其特征在于，所述吸附器每小时额定吸附氢气量为
X1 Nm3，额定吸附时间为
N
小时，所述吸附器单次氢气吸附量为
Y1
＝
N*X1 Nm3；所述吸附器出口的氢气流量计
(92)
单次吸附开始的初始累计流量为
Y0 Nm3，所述吸附器实际吸附氢气流量为额定值的0‑
100
％，当所述吸附器出口氢气流量计
(92)
累计流量达到
Y2 Nm3时，
Y2
＝
Y0+Y1
，自动切换所述吸附过程至所述脱附过程，即由
A1D
切换至
A2D
或由
A2D
切换至
A1D。8.
根据权利要求7所述的用于可再生能源制氢的氢气干燥系统，其特征在于，
D1
至
D3
阶段按照顺序进行，所述脱附过程总时长为
W
，在
D1
阶段，处于脱附过程的所述吸附器和所述预吸附器
(3)
内进行充压，所述预吸附器
(3)
出口的第三压力变送器
(35)
反馈压力达
P1MPa
，
D1
阶段时长
W1
且为非定值；启动所述氢气自循环装置
(4)
和所述脱附加热器
(5)
，自循环氢气量为
X2 Nm3/h
，所述预吸附器
(3)
内吸附剂预吸附，所述吸附器内吸附剂脱附，
D2
阶段时长
W2
且为定值；
D2
阶段结束后，进入
D3
阶段，所述氢气自循环装置
(4)
和所述脱附加热器
(5)
继续运行，自循环氢气量仍为
X2 Nm3/h
，所述吸附器内吸附剂预吸附，所述预吸附器
(3)
内吸附剂脱附，
D3
阶段时长
W3
且为定值；
D3
阶段结束后，进入
D5
阶段，停止所述氢气自循环装置
(4)
和所述脱附加热器
(5)
，处于脱附过程的所述吸附器和所述预吸附器
(3)
均进行等待，
D5
阶段时长
W5
且为非定值；其中，在
D2
和
D3
阶段，若所述预吸附器
(3)
出口的第三压力变送器
(35)
反馈压力低于
P2MPa
，关闭所述氢气自循环装置
(4)
和所述脱附加热器
(5)
，对应阶段
的计时停止，进入
D4
阶段，
D4
阶段时长
W4
且为非定值，补压至所述第三压力变送器
(35)
反馈压力达
P1MPa
后，自动启动所述氢气自循环装置
(4)
和所述脱附加热器
(5)
，继续相应阶段工作；其中，处于吸附过程的所述吸附器实际单次吸附时间为
Z
，
Z
＝
W
，
Z
‑
W5
＝
W1+W2+W3+W4≤N
，0＜
P2
＜
P1
，0＜
X2≤X1。9.
根据权利要求8所述的用于可再生能源制氢的氢气干燥系统，其特征在于，所述第一吸附器
(1)
和所述第二吸附器
(2)
内的吸附剂量按单次吸附氢气量
Y1
填充，所述预吸附器
(3)
内的吸附剂量按单次预吸附氢气量
Y3
＝
W2*X2 Nm3填充，所述第一吸附器
(1)、
所述第二吸附器
(2)
的有效容积大于所述预吸附器
(3)
的有效容积
。10.
根据权利要求6所述的用于可再生能源制氢的氢气干燥系统，其特征在于，所述脱附气水分离器
(7)
的液体出口通过液体出口自动阀
(71)
和集水器
(8)
的入口连接，所述集水器
(8)
的出口通过排污自动阀
(81)
和排污口
(06)
连接，所述集水器
(8)
的有效容积为
V
，所述吸附器单次吸附
Y1 Nm3氢气中总水量为
V1
，其中
V1
＝
1/2V
；当处于脱附过程的所述吸附器和所述预吸附器
(3)
刚进入
D5
阶段，打开所述排污自动阀
(81)
，每次排污时间为
T1
；所述液体出口自动阀
(71)
为常开状态，在所述排污自动阀
(81)
打开前
T2
时间关闭所述液体出口自动阀
(71)
，待所述排污自动阀
(81)
关闭时间后
T2
时间，打开所述液体出口自动阀
(71)。11.
根据权利要求6所述的用于可再生能源制氢的氢气干燥系统，其特征在于，在
A1D1
状态，所述第一吸附器
(1)
为所述吸附过程，氢气由原料氢入口
(01)
经第一吸附进气自动阀
(11)
进入所述第一吸附器
(1)
进行吸附干燥，干燥后的氢气由第一吸附出气自动阀
(12)
流出，大部分产品氢经自力式压力调节阀
(91)
调压至
P1MPa
后输出；所述第二吸附器
(2)
为所述脱附过程中的充压阶段，所述预吸附器
(3)
...
【专利技术属性】
技术研发人员：毕俊，赵志丹，张正习，郭春，赵宇峰，
申请(专利权)人：长春绿动氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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