一种用于氢气干燥的三塔干燥装置及干燥方法 技术领域: [0001] 本发明专利属于水电解制氢气体纯化领域，具体涉及一种水电解制氢设备氢气干燥装置。 背景技术： [0002] 随着科学技术的发展，很多制造领域，如半导体器件和集成电路生产、有色金属冶炼和加工、精密合金的生产都需要使用高纯氢气。但是，目前工业上各种制氢方法所制得的氢气纯度都不能满足要求。使用水电解制氢方法所制得的氢气纯度为99.8％，但其含水量不满足要求，因此，粗氢需要经过纯化处理后才能使用。因而需要设计一种安全可靠、浪费较少的能够对粗氢进行有效净化的干燥装置。 发明内容： [0003] 本发明的目的是提供一种流程简单、安全可靠、无放空无浪费的氢气干燥的装置，以解决现有的水电解制氢获得的氢气含水量高的技术问题。 [0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： [0005] 本发明提供了一种用于氢气干燥的三塔干燥装置，该氢气三塔干燥装置包括有干燥装置、冷却装置、气水分离装置及氢气管道、三通阀；其中干燥装置包括干燥器A1、干燥器B1及干燥器C1，冷却装置包括冷却器A2、冷却器B2及冷却器C2，气水分离装置包括气水分离器A3、气水分离器B3及气水分离器C3，氢气管道包括有第一管道H1、第二管道H2、第三管道H3、第四管道H4、第五管道H5、第六管道H6、第七管道H7及第八管道H8，三通阀包括第一三通阀Q1、第二三通阀Q2、第三三通阀Q3、第四三通阀Q4、第五三通阀Q5、第六三通阀Q6；上述各个部件依次连接，通过三通阀控制氢气流通方向。 [0006] 优选的，干燥器A1、B1、C1中均包括有吸附剂及加热器，控制器可以根据需要启停加热器。 [0007] 另外，本发明还提供了应用上述三塔干燥装置的干燥方法，具体为： [0008] 一种氢气三塔干燥方法，其包括有三种工作状态Z1、Z2、Z3，其中在Z1状态下，干燥器A1为主工作状态，干燥器B1为再生状态，干燥器C1为次工作状态；在Z2状态下，干燥器A1为次工作状态，干燥器B1为主工作状态，干燥器C1为再生状态；在Z3状态下，干燥器A1为再生状态，干燥器B1为次工作状态，干燥器C1为主工作状态。 [0009] 优选的，在一个干燥循环周期内，干燥器A1、B1、C1均依次经历主工作状态、次工作状态及再生状态，从而实现干燥装置工作的连续性。 [0010] 优选的，在再生状态下，启动相应干燥器中的加热器，对吸附剂进行加热，将吸附剂中的水分脱附。 [0011] 优选的，在Z1状态下：干燥氢气包括如下步骤：(1)主工作状态：a、原料氢气经过第一氢气管道H1、第一三通阀Q1进入气水分离器A3；b、经气水分离后的氢气经由第二氢气管道H2进入冷却器A2；c、氢气由第三氢气管道H3进入干燥器A1；(2)再生状态：a、产品氢气流经第四三通阀Q4与第五三通阀Q5，进入干燥器B1；b、启动干燥器B1中的加热器，对干燥器B1中的吸附剂进行加热使吸附剂中的水分脱附；c、再生气流出后经过第五氢气管道H5流入冷却器B2；d、再经由第六氢气管道H6进入气水分离器B3；(3)次工作状态：a、经气水分离器B3后的气体经由第一氢气管道H1后流过第二三通阀Q2、第三三通阀Q3进入气水分离器C3；b、经分离后的气体经由第七氢气管道H7进入冷却器C2，冷却后的气体经由第八氢气管道H8，进入干燥器C1进行再次吸附；c、原料氢气中的水分被干燥器C1中的吸附剂吸附，形成合格的产品氢气。 [0012] 优选的，在Z2状态下：干燥氢气包括如下步骤：(1)主工作状态：a、原料氢气经过第一氢气管道H1、第二三通阀Q2进入气水分离器B3；b、经气水分离后的氢气经由第六氢气管道H6进入冷却器B2；c、氢气由第五氢气管道H5进入干燥器B1；(2)再生状态：a、产品氢气流经第五三通阀Q5与第六三通阀Q6，进入干燥器C1；b、启动干燥器C1中的加热器，对干燥器C1中的吸附剂进行加热使吸附剂中的水分脱附；c、再生气流经过第八氢气管道H8流入冷却器C2；d、第七氢气管道H7进入气水分离器C3；(3)次工作状态：a、经气水分离器C3后的气体经由第一氢气管道H1后流过第三三通阀Q3、第一三通阀Q1进入气水分离器A3；b、经分离后的气体经由第二氢气管道H2进入冷却器A2；c、冷却后的气体经由第三氢气管道H3，进入干燥器A1进行再次吸附，形成合格的产品氢气。 [0013] 优选的，在Z3状态下：干燥氢气包括如下步骤：(1)主工作状态：a、原料氢气经过第一氢气管道H1、第三三通阀Q3进入气水分离器C3；b、经气水分离后的氢气经由第六氢气管道H6进入冷却器B2；c、氢气由第八氢气管道H8进入干燥器C1；(2)再生状态：a、产品氢气流经第六三通阀Q6与第四三通阀Q4，进入干燥器A1；b、启动干燥器A1中的加热器，对干燥器A1中的吸附剂进行加热使吸附剂中的水分脱附；c、再生气经过第三氢气管道H3流入冷却器A2；d、经由第二氢气管道H2进入气水分离器A3；(3)次工作状态：a、经气水分离器A3后的气体经由第一氢气管道H1后流过第一三通阀Q1、第二三通阀Q2进入气水分离器B3；b、经分离后的气体经由第六氢气管道H6进入冷却器B2；c、冷却后的气体经由第五氢气管道H5，进入干燥器B1进行再次吸附，形成合格的产品氢气。 [0014] 优选的，控制器通过三通球阀的状态切换。 [0015] 有益效果： [0016] 本发明中，原料氢气先后通过三个干燥器：在第一个干燥器内，氢气完成干燥除水工艺；干燥后的氢气做为再生气，进入第二个干燥器，在加热状态下，吸附剂中的水分脱附，完成吸附剂的再生过程；再生完成后，含有少量水分的氢气流经第三个干燥器，进行再次吸附，随后流出，此时氢气为合格的产品氢气。通过本干燥装置后，氢气含水量可降到1ppm以下，流程简单，安全可靠，无放空，无浪费。 附图说明： [0017] 附图1为本发明氢气干燥装置内部工艺流程图； 具体实施方式： [0018] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0019] 参照附图1，本发明提供了一种用于氢气干燥的三塔干燥装置，该氢气三塔干燥装置包括有干燥装置、冷却装置、气水分离装置及氢气管道、三通阀；其中干燥装置包括干燥器A1、干燥器B1及干燥器C1，冷却装置包括冷却器A2、冷却器B2及冷却器C2，气水分离装置包括气水分离器A3、气水分离器B3及气水分离器C3，氢气管道包括有第一管道H1、第二管道H2、第三管道H3、第四管道H4、第五管道H5、第六管道H6、第七管道H7及第八管道H8，三通阀包括第一三通阀Q1、第二三通阀Q2、第三三通阀Q3、第四三通阀Q4、第五三通阀Q5、第六三通阀Q6。 [0020] 干燥器A1、B1、C1中均包括有吸附剂及加热器，控制器可以根据需要启停加热器。 [0021] 另外，本发明还提供了应用上述三塔干燥装置的干燥方法，具体为： [0022] 一种氢气三塔干燥方法，其包括有三种工作状态Z1、Z2、Z3，其中在Z1状态下，干燥器A1为主工作状态，干燥器B1为再生状态，干燥器C1为次工作状态；在Z2状态下，干燥器A1为次工作状态，干燥器B1为主工作状态，干燥器C1为再生状态；在Z3状态下，干燥器A1为再生状态，干燥器B1为次工作状态，干燥器C1为主工作状态。 [0023] 由于每个干燥器装填量有限，吸水量有限，工作一段时间后，吸附剂需再生脱附水后才能工作，本申请三个状态分别给三个干燥器进行再生。 [0024] 氢气干燥装置在一个循环周期(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。由表1-1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。 [0025] 表1-1 [0026] [0027] 以下以Z1状态为例分别说明主工作状态、再生状态和次工作状态的特点： [0028] 主工作状态：原料氢气进入的第一个干燥器A1处于主工作状态。处于主工作状态的干燥器内的电加热器不工作，原料氢气进入干燥器，由上至下流过吸附剂床层，原料氢气中的水分被吸附剂吸附，气流至干燥器底部后再由下至上流过内筒，从出气口流出干燥器，流出干燥器的气体即为合格的产品氢气。 [0029] 再生状态：干燥器B1处于再生状态，再生气为从主工作状态的干燥器A1流出的产品氢气。再生状态包括加热阶段和吹冷阶段： [0030] 其中，加热阶段：干燥器B1内的电加热器开始工作，再生气流先进入干燥器内筒，经电加热器加热后，到达容器底部，再由下至上流经吸附剂床层，吸附剂床层逐渐升温，吸附在分子筛上的水分逐渐解吸，随再生气流流出干燥器。当干燥器上部温度达到联锁值后，再生完成，电加热器自动停止加热； [0031] 吹冷阶段:再生完成后，气流继续按原路流过干燥器，使吸附剂床层降温，直至状态切换。 [0032] 次工作状态：干燥器B1解吸出的水分随再生气流流出干燥器，因此再生气流中含有饱和水，经过冷却器的冷却，气水分离器的过滤后，进入干燥器C1进行再次吸附，此时干燥器C1即处于次工作状态。次工作状态时干燥器内的电加热器不启动，气流方向与主工作状态相同，处理气量为再生气量。流出干燥器C1的氢气即为全部流量的产品氢气。 [0033] 每一种工作状态的工作时间为八小时，二十四小时为一周期。气动三通球阀的切换由PLC程序控制，无需手动。 [0034] 以下分别具体描述三种工作状态下，氢气进行干燥的工作流程。 [0035] 在Z1状态下，干燥器A1为主工作状态，干燥器B1为再生状态，干燥器C1为次工作状态，氢气干燥过程具体如下： [0036] 原料氢气经过第一氢气管道H1、第一三通阀Q1进入气水分离器A3，经气水分离后的氢气经由第二氢气管道H2进入冷却器A2，然后氢气由第三氢气管道H3进入干燥器A1，此时干燥器A1处于主工作状态，原料氢气中的水分被干燥器A1中的吸附剂吸附，流出干燥器A1的气体为产品氢气； [0037] 经干燥器A1流出的产品氢气流经第四三通阀Q4与第五三通阀Q5，进入干燥器B1，此时干燥器B1处于再生状态，再生气为从主工作状态的干燥器A1流出的产品氢气，此时启动干燥器B1中的加热器，对干燥器B1中的吸附剂进行加热，加热状态下，干燥器B1中吸附剂中的水分脱附。 [0038] 再生气流出后经过第五氢气管道H5流入冷却器B2，再经由第六氢气管道H6进入气水分离器B3，经气水分离器B3后的气体经由第一氢气管道H1后流过第二三通阀Q2、第三三通阀Q3进入气水分离器C3，经分离后的气体经由第七氢气管道H7进入冷却器C2，冷却后的气体经由第八氢气管道H8，进入干燥器C1进行再次吸附，此时干燥器C1处于次工作状态。原料氢气中的水分被干燥器C1中的吸附剂吸附，流出干燥器C1的气体即为合格的产品氢气。 [0039] 在Z2状态下，干燥器A1为次工作状态，干燥器B1为主工作状态，干燥器C1为再生状态，氢气干燥过程具体如下： [0040] 原料氢气经过第一氢气管道H1、第二三通阀Q2进入气水分离器B3，经气水分离后的氢气经由第六氢气管道H6进入冷却器B2，然后氢气由第五氢气管道H5进入干燥器B1，此时干燥器B1处于主工作状态，原料氢气中的水分被干燥器B1中的吸附剂吸附，流出干燥器B1的气体为产品氢气； [0041] 经干燥器B1流出的产品氢气流经第五三通阀Q5与第六三通阀Q6，进入干燥器C1，此时干燥器C1处于再生状态，再生气为从主工作状态的干燥器B1流出的产品氢气，此时启动干燥器C1中的加热器，对干燥器C1中的吸附剂进行加热，加热状态下，干燥器C1中吸附剂中的水分脱附。 [0042] 再生气流出，经过第八氢气管道H8流入冷却器C2，再经由第七氢气管道H7进入气水分离器C3，经气水分离器C3后的气体经由第一氢气管道H1后流过第三三通阀Q3、第一三通阀Q1进入气水分离器A3，经分离后的气体经由第二氢气管道H2进入冷却器A2，冷却后的气体经由第三氢气管道H3，进入干燥器A1进行再次吸附，此时干燥器A1处于次工作状态。原料氢气中的水分被干燥器A1中的吸附剂吸附，流出干燥器A1的气体即为合格的产品氢气。 [0043] 在Z3状态下，干燥器A1为再生状态，干燥器B1为次工作状态，干燥器C1为主工作状态，氢气干燥过程具体如下： [0044] 原料氢气经过第一氢气管道H1、第三三通阀Q3进入气水分离器C3，经气水分离后的氢气经由第七氢气管道H7进入冷却器C2，然后氢气由第八氢气管道H8进入干燥器C1，此时干燥器C1处于主工作状态，原料氢气中的水分被干燥器C1中的吸附剂吸附，流出干燥器C1的气体为产品氢气； [0045] 经干燥器C1流出的产品氢气流经第六三通阀Q6与第四三通阀Q4，进入干燥器A1，此时干燥器A1处于再生状态，再生气为从主工作状态的干燥器A1流出的产品氢气，此时启动干燥器A1中的加热器，对干燥器A1中的吸附剂进行加热，加热状态下，干燥器A1中吸附剂中的水分脱附。 [0046] 再生气流出，经过第三氢气管道H3流入冷却器A2，再经由第二氢气管道H2进入气水分离器A3，经气水分离器A3后的气体经由第一氢气管道H1后流过第一三通阀Q1、第二三通阀Q2进入气水分离器B3，经分离后的气体经由第六氢气管道H6进入冷却器B2，冷却后的气体经由第五氢气管道H5，进入干燥器B1进行再次吸附，此时干燥器B1处于次工作状态。原料氢气中的水分被干燥器B1中的吸附剂吸附，流出干燥器B1的气体即为合格的产品氢气。 [0047] 过本干燥装置的一个循环后，所得合格产品氢气中的含水量可降到1ppm以下。 [0048] 上述工作过程中所选择干燥器、气水分离器、冷却器等装置均为现有技术，在不作详述。 [0049] 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。