[0001] 本发明涉及电解水制氢技术领域，具体而言，涉及一种氢气干燥系统。

[0002] 目前，传统碱性电解水制氢主要用于大型火力发电机组，其特点为气量小(≤3
200Nm/h)、压力低(≤1.6MPa)，且连续稳定。电解槽制取氢气经纯化(脱氧、干燥)后用于发电机组相关定子铁芯及端部结构件、转子绕组气隙的冷却(氢冷机组)。

[0003] 传统氢气干燥系统中，采用TSA(变温吸附)和TPSA(变温变压吸附)两种模式，均采用2塔流程，以活性氧化铝或硅胶作吸附剂；采用产品气或内置氮气循环再生；2塔各阶段状态切换采用三通阀；各干燥塔均内置电加热器以提高再生气温度，干燥塔体积较大。

[0004] 近年来，随着“双碳目标”的提出，可再生能源(例如风电和光伏发电)耦合大规模3
(≥6000Nm /h)制氢项目方兴未艾，传统氢气干燥系统已不再适应大规模电解水制氢的高处理量要求。

[0032] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0033] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

[0034] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0035] 在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0036] 此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0037] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

[0038] 请参考图1，本实施例提供了一种氢气干燥系统100，主要用于处理大规模化(≥3/
6000Nm h)电解水制氢装置产生的氢气。

[0039] 氢气干燥系统100包括脱氧冷却器13、脱氧气液分离器14、第一干燥塔15、第二干燥塔16、预干燥塔17、再生气加热器18、再生气冷却器19和再生气分离器20。

[0040] 其中，脱氧冷却器13连接到脱氧气液分离器14，脱氧气液分离器14的出口分别连接到第一干燥塔15、第二干燥塔16、预干燥塔17和再生气冷却器19，脱氧气液分离器14的底部用于排除游离水。再生气冷却器19连接到再生气分离器20，再生气分离器20的底部用于排除游离水。第一干燥塔15、第二干燥塔16和预干燥塔17的出口均连接到再生气加热器18。

[0041] 氢气干燥系统100还包括流量调节阀21、第一程控阀1、第二程控阀2、第三程控阀3、第四程控阀4、第五程控阀5、第六程控阀6、第七程控阀7、第八程控阀8、第九程控阀9、第十程控阀10、第十一程控阀11和第十二程控阀12。

[0042] 具体的，流量调节阀21安装在脱氧气液分离器14的出口与第一干燥塔15、第二干燥塔16连接的支路上，用于输出预设量的湿氢到第一干燥塔15或第二干燥塔16。

[0043] 第一程控阀1、第二程控阀2安装在脱氧气液分离器14的出口与再生气冷却器19连接的支路上。第三程控阀3安装在流量调节阀21与第一干燥塔15的顶部连接的支路上。第四程控阀4安装在第一程控阀1与第一干燥塔15的顶部连接的支路上。第五程控阀5安装在流量调节阀21与第二干燥塔16的顶部连接的支路上。第六程控阀6安装在第一程控阀1与第二干燥塔16的顶部连接的支路上。第七程控阀7安装在脱氧气液分离器14的出口与预干燥塔17的顶部连接的支路上。第八程控阀8安装在第二程控阀2与预干燥塔17的顶部连接的支路上。

[0044] 第九程控阀9安装在第一干燥塔15的底部，用于将第一干燥塔15排除的干燥氢气输送给下游装置。第十程控阀10安装在第一干燥塔15的底部与再生气加热器18连接的支路上。第十一程控阀11安装在第二干燥塔16的底部，用于将第一干燥塔15排除的干燥氢气输送给下游装置。第十二程控阀12安装在第二干燥塔16的底部与再生气加热器18连接的支路上。

[0045] 图2～图5为大规模化电解水制氢装置的氢气干燥系统100的工作状态示意图，主要涉及到各个阀门、第一干燥塔15、第二干燥塔16以及预干燥塔17的工作状态，如下表所示：

[0046]

[0047] 由上表可知，第一干燥塔15和第二干燥塔16均经历了完整的干燥周期，完整的干燥周期包括第一次吸附、第二次吸附、再生和冷却，其中，吸附就是对氢气进行吸附干燥，一次吸附周期包括再生周期和冷却周期，而预干燥塔17则交替进行冷却和再生。各阶段相隔一个固定的时间差，通过相关设备进出口的程控阀按操作时序进行切换。

[0048] 具体的，步序1：在第一干燥塔15进行第一次吸附时，请查阅图2，图中的粗实线表示有介质流动的管线，细实线表示由于阀门关闭导致无介质流动的管线。

[0049] 打开的阀门包括流量调节阀21、第二程控阀2、第三程控阀3、第六程控阀6、第七程控阀7、第九程控阀9和第十二程控阀12，其余阀门关闭。

[0050] 来自前端碱性电解槽的阴极所产氢气，经碱槽自带气液分离模块降温、洗涤、气液分离，脱氧模块除去微量氢中氧后，输送至本实施例中的氢气干燥系统100，经脱氧冷却器13降温至35℃后，进入脱氧气液分离器14脱除游离水。脱除游离水的氢气分为两部分。

[0051] 一部分氢气进入第一干燥塔15，进行吸附干燥过程，干燥后的氢气作为产品气输送至下游装置。

[0052] 另一部分氢气作为再生气，可以是进入预干燥塔17进行冷却，再进入再生气加热器18进行加热升温至260℃后，自下而上进入第二干燥塔16利用吸附剂再生。第二干燥塔16顶部出来的再生气经过再生气冷却器19冷却至35℃、再生气分离器20分离出凝液后，返回第一干燥塔15的进口湿氢中，重复第一干燥塔15的吸附干燥过程，干燥后的氢气作为产品气输送至下游装置。

[0053] 步序2：在第一干燥塔15进行第二次吸附时，请查阅图3，打开的阀门包括流量调节阀21、第一程控阀1、第三程控阀3、第六程控阀6、第八程控阀8、第九程控阀9和第十二程控阀12，其余阀门关闭。

[0054] 经过脱氧气液分离器14脱除游离水的氢气分为两部分。

[0055] 一部分氢气进入第一干燥塔15，进行吸附干燥过程，干燥后的氢气作为产品气输送至下游装置。

[0056] 另一部分氢气作为再生气，可以是自上而下进入第二干燥塔16进行冷却，再进入再生气加热器18进行加热，自下而上进入预干燥塔17，进行吸附剂再生过程。预干燥塔17顶部出来的再生气经过再生气冷却器19冷却、再生气分离器20分离出凝液后，返回进口湿氢中，重复第一干燥塔15的吸附干燥过程，干燥后的氢气作为产品气输送至下游装置。

[0057] 步序3：在第一干燥塔15进行再生时，请查阅图4，打开的阀门包括流量调节阀21、第二程控阀2、第四程控阀4、第五程控阀5、第七程控阀7、第十程控阀10和第十一程控阀11，其余阀门关闭。

[0058] 经过脱氧气液分离器14脱除游离水的氢气分为两部分。

[0059] 一部分氢气进入第二干燥塔16，进行吸附干燥过程，干燥后的氢气作为产品气输送至下游装置。

[0060] 另一部分氢气作为再生气，可以是自上而下进入预干燥塔17进行冷却，再进入再生气加热器18进行加热，自下而上进入第一干燥塔15，进行吸附剂再生过程。第一干燥塔15顶部出来的再生气经过再生气冷却器19冷却、再生气分离器20分离出凝液后，返回第二干燥塔16的进口湿氢中，重复第二干燥塔16的吸附干燥过程，干燥后的氢气作为产品气输送至下游装置。

[0061] 步序4：在第一干燥塔15进行冷却时，请查阅图5，打开的阀门包括流量调节阀21、第一程控阀1、第四程控阀4、第五程控阀5、第八程控阀8、第十程控阀10和第十一程控阀11，其余阀门关闭。

[0062] 经过脱氧气液分离器14脱除游离水的氢气分为两部分。

[0063] 一部分氢气进入第二干燥塔16，进行吸附干燥过程，干燥后的氢气作为产品气输送至下游装置。

[0064] 另一部分氢气作为再生气，可以是自上而下进入第一干燥塔15进行冷却，再进入再生气加热器18进行加热，自下而上进入预干燥塔17，进行吸附剂再生过程。预干燥塔17顶部出来的再生气经过再生气冷却器19冷却、再生气分离器20分离出凝液后，返回进口湿氢中，重复第二干燥塔16的吸附干燥过程，干燥后的氢气作为产品气输送至下游装置。

[0065] 可见，氢气干燥系统100为变温吸附(TSA)流程，采用顺控逻辑：干燥塔均经历吸附、再生、冷却三个阶段，预干燥塔17只交替经历再生、冷却两个阶段，通过各塔进出口的阀门按操作时序进行切换即可实现。

[0066] 除第一干燥塔15和第二干燥塔16的吸附管线为单向流动外，其余再生或冷却管线均根据不同时序下的操作状态，存在反向流动情况。

[0067] 本发明实施例提供的氢气干燥系统100的有益效果包括：

[0068] 1.系统采用“2+1”塔形式，即采用2台干燥塔和1台预干燥塔17，比常规的3塔流程，3/
节省了吸附剂及程控阀的数量，以适应大规模电解水制氢的高处理量(≥6000Nm h)，工程造价低；

[0069] 2.氢气干燥均在2台干燥台内完成，预干燥塔17不进行氢气干燥，仅配合2台干燥塔的操作周期(吸附、冷却、再生)而交替进行再生和冷却操作，干燥塔与预干燥塔17的直径比约为1.4，干燥塔与预干燥塔17的高度比约为1.2，减小了系统的占地空间；

[0070] 3.再生气加热器18为外置式，可供第一干燥塔15、第二干燥塔16和预干燥塔17使用，第一干燥塔15、第二干燥塔16和预干燥塔17内不单设电加热器，减少系统成本；

[0071] 4.第一干燥塔15、第二干燥塔16和预干燥塔17在吸附、再生、冷却过程的进出管线上均设程控阀，不再使用三通阀，防止阀门内漏导致的产品气不纯。

[0072] 以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。