高效除油除氧吸附式氢气在线净化装置

登记日期 2007-10-24

成果名称 高效除油除氧吸附式氢气在线净化装置

成果状态 已批准项目

完成单位 华南理工大学、广州赛斯拓机电科技有限公司、广东省肇庆化工机械厂

研究人员 朱冬生 曾力丁 范忠雷 彭德其 汪南 蒋翔 高志凯 谢振 黄翔翊 王春华 何露 黄可坚 黎援朝 杨振锋

研究时间 2004.01 至2007.09

鉴定单位 广东省科技厅

鉴定日期 2007.10.19

简介 本装置采用变温变压吸附工艺，主要针对大型氢冷发电机组的在线氢气净化，同时也可用于电解制氢、冶炼厂、化工厂等制氢装置的氢气净化。经过调整工艺参数和吸附剂，本工艺也可用于稀有气体、特种气体的净化。吸附干燥通常采用具有巨大的比表面积且具有亲水性表面的物质，如分子筛、活性氧化铝、硅胶等对气体中的水分进行吸附而脱除。

根据吸附作用机理的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附，在物理吸附中，吸附剂和吸附质之间通过分子间的范德华力相互吸引而结合在一起，同时放出吸附热。用于气体干燥的多为物理吸附。吸附过程是一个可逆过程，随吸附作用的继续进行, 吸附于固体表面的分子数量逐渐增加, 吸附表面逐渐被吸附质分子所覆盖, 表面自由能逐渐下降, 最终失去吸附能力, 此时即达到"吸附平衡"。在吸附平衡时, 从宏观上看吸附作用已不再存在，即吸附达到饱和。此时需要对吸附剂进行再生。

为了保证向下游工段供气的连续性，吸附干燥装置多采用二塔并联，一塔吸附，另一塔再生，二塔交替运行。高效除油除氧吸附式氢气在线净化装置采用分子筛为主要吸附剂，利用吸附剂的巨大比表面积和机械分离过程来净化脱除氢气中的水份、油份等杂质。在吸附干燥的同时，氢气中的氧气在钯催化剂的作用下与氢气反应生成水而除去。为了维持足够的氢气处理量，通过磁力增压风机，对发电机内氢气进行机外循环净化。该装置的净化工序可分为吸附净化和吸附剂再生两个过程。

该吸附式氢气净化装置的主要特点有：(1)采用获得发明专利授权的变温变压吸附--解吸工艺，再生效果好，再生温度由恒压工艺的250～300℃降低到150～200℃，油质炭化结焦的程度大大降低，达到了提高吸附容量，降低能耗，延长吸附剂使用寿命，提高系统可靠性的目的;(2)采用高精度的机械除油过滤器对氢气进行前处理，使吸附剂免受油污染而失效。通过在吸附剂中添加少量的纳米钯催化剂，在干燥氢气的同时，使氢气中夹带的氧气在钯催化作用下反应生成水而除去，实现了常温下对氧气的脱除，防止氧气积累威胁机组安全。(3)采用独立增压风机为动力，确保足够的氢气处理量，增压风机采用磁性耦合器结构，消除了动密封造成的氢气泄漏，提高了系统的密封性和安全性;(4)采用可编程逻辑控制器(PLC)为控制中心，实现吸附床层温度的比例积分微分控制和装置的自动化运行。

同时，在系统发生故障时实现流程的自动切换并发出报警，保护设备的安全，满足无人值守运行的需要。 采用高效除油除氧吸附式氢气在线净化装置的经济效益和社会效益主要体现在：(1)减少非正常停机时间，减少设备维护、更换费用。(2)提高发电机组的运行效率。(3)提高机组运行的安全性。(4)减少环境污染。