本文属于气体纯化的，具体涉及一种高效节能氢气纯化装备系统及其工艺方法。
背景技术：
1、目前在气体纯化领域，广泛采用的方法是变压吸附(psa)或变温吸附(tsa)；由于电解制氢经过初始分离系统的纯度已较高，基本高于99％，传统的psa纯化能力再进行提高则能力有限。因此，在电解制氢中多采用催化脱氧结合tsa纯化的方式，在不损失氢气和制氢能力的情况下，获得较高纯度的氢气。
2、传统的电解制氢纯化设备分为二塔式或三塔式，其中二塔式是以脱氧器为主结合psa的方式进行氢气纯化；
3、现有技术，授权专利号为cn104627963b，公开了水电解氢气纯化方法及实现该方法的装置，提供了一种两塔式氢气纯化设备，整个纯化过程为水电解氢气在两个干燥塔内周期性连续进行，每个工作周期分成两个阶段：原料氢气进入第一干燥塔在工作压力下全气量去湿，获得的高纯氢气被分流为两部分，其中产品氢气进入后续用氢单元，而再生氢气进入第二干燥塔，在第二干燥塔内工作压力释放至常压后，对第二干燥塔在上一周期所吸附的水分进行吹带，使第二干燥塔内部的干燥剂再生，吹带之后再生氢气经冷却后放空；另外一阶段与此类似，通过周期性纯化可获得露点低至零下80℃的氢气。此外，实现该方法的装置采用四个单向阀和两个计量阀及其他辅助阀门实现了前述方法，简化了流程；使用的阀门相对简单，后期维护和更换简单、方便。
4、但其在再生环节中会有10-20％的氢气损失，这对产氢能力和能耗水平是十分不利的。
5、现有技术，授权专利号为cn114642944a；公开了一种氢气纯化装置及其纯化方法，提供了一种三塔式连续纯化水电解氢气的装置，包括控制系统、脱氧缸、第一脱水缸、第二脱水缸、第三脱水缸、若干过滤器、温度变送器和冷却系统；本发明的四缸变温吸附方式，一方面可以去除氢气中的氧含量，另一方面可以通过自动切换实现氢气除水，从而使氢气达到99.9999％的纯度，并且整个过程实现了尾气回收，真正实现了零排放。
6、为了满足装置的每座干燥塔内均设有电辅助加热管，可对干燥塔内的吸附水分的干燥剂进行加热再生(再生温度220-280℃)时；每座干燥塔气流出口均分别连接一个再生冷却器与冷凝器、过滤器，用于对干燥剂再生过程中的高温再生尾气进行冷却(冷却出口温度低于30℃)；由于没有对高温气体和冷凝过程的充分利用，导致该装备设置较多冷却器与加热器，必然出现该纯化系统能耗过高，不利于节能降耗的内在要求。
7、现有技术，授权号为cn216878638u，公开了一种氢气纯化系统和电解水制氢系统，提供了三塔式结构纯化设备，该氢气纯化系统中包括三台干燥器，且三台干燥器共用一个再生循环模块，显著减少了加热器和冷却器的数量，因此，该系统的制造成本较低；同时，再生循环系统中设置有第一气气换热器，使得再生前的低温再生氢气与再生后的高温再生尾气能够进行热量交换，这一方面能够充分利用高温再生尾气的余热，另一方面能够显著减少后续加热器和再生冷却器的功耗。
8、为此就需要在传统的三塔式设备上减少了每个干燥管的加热器与冷凝器等一一对应形式的布置形式，形成了统一的、共用加热脱附系统与冷却系统；但是仍然采用较为复杂的管路阀门系统、再生辅热系统与冷却系统，其脱附再生温度高达220-280℃，仍然具有较高的能耗水平与较多的设备仪表配置。
技术实现思路
1、为了解决上述内容，本文提出了一种高效节能氢气纯化装备系统，气体纯化装备系统包括废热回收冷却器、氢气冷却器、脱氧反应器、除雾过滤器、干燥吹扫除湿增压器和脱水反应器组件，所述的废热回收冷却器的进口与脱水反应器组件、氢气管和氮气管连通，废热回收冷却器的出口与脱氧反应器和氢气冷却器连通，所述的氢气冷却器的进口与废热回收冷区器和脱水反应器组件连通，氢气冷却器的出口与除雾过滤器连通，所述的除雾过滤器的出口与脱水反应器组件和废水管连通，所述的脱氧反应器的出口与废热回收冷却器和通过干燥吹扫除湿增压器与脱水反应器组件相连通，所述的脱水反应器组件包括直出反应器、除雾循环反应器和反向脱水反应器，所述的直出反应器的进口与除雾过滤器连通、直出反应器的出口与储罐连通，所述的除雾循环反应器的进口与废热回收冷却器连通，除雾循环反应器的进口与冷却回流增压器连通，所述的反向脱水反应器的进口与干燥吹扫除湿增压器连通，反向脱水反应器的出口用与废热回收冷却器连通，提供了一种氢气这种可燃气体的纯化方法，具有纯化效率高、能耗低的特点，不仅可用在氢气的纯化上，也可用在其它可燃气体等以催化燃烧为基础多组分气体的纯化。
2、脱水反应器组件为三连式互联循环反应器连接组件，脱水反应器组件包括三组相同式的脱水反应器，所述的三组的脱水反应器的上端均通过三通阀与废热回收冷却器、除雾过滤器和干燥吹扫除湿增压器连通，三组的脱水反应器的下端通过三通阀与干燥吹扫除湿增压器、冷却回流增压器和储罐连通，所述的脱水反应器为微波脱水式反应器，反应器采用微波脱水技术，而非传统的电加热(热传导)的形式，效率更高，能耗更低，结合脱氧反应器引出热空气协同脱水，充分利用热能，提高效率，节约能耗；由于微波加热穿透性强，直接作用在水分子上，非传统热传递加热脱水，其脱水更加迅速，冷却更快，因此，其冷却和加热时间短，生产出来的氢气更加纯净。
3、废热回收冷却器的下部外侧进口与氢气管和氮气管连通，废热回收冷却器的顶端进口与反向脱水反应器和脱氧反应器连通，废热回收冷却器的上部外侧出口与脱氧反应器连通，废热回收冷却器的底端出口与氢气冷却器连通，采用废热循环与微波加热技术，使得整体工艺比传统设备减少了二次加热与冷凝系统，极大的减少了设备数量、以及控制难度、投资成本，降低能耗。
4、氢气冷却器的进口分别与废热回收冷却器和冷却回流增压器连通，氢气冷却器的出口与除雾过滤器连通，所述的除雾过滤器的进口与氢气冷却器连通，除雾过滤器的上端出口与直出反应器和除雾循环反应器连通，除雾过滤器的下端出口与污水管连通，本纯化装备具有显著缩短脱水时间的能力，通过阀组与反应器的配合可将传统脱水周期由8-12h，缩短到5h以内，具有显著的节能和减少设备体积的效果。
5、脱氧反应器为电加热管与脱氧器组合一体式的反应器，脱氧反应器的进口与废热回收冷却器连通，脱氧反应器的出口与废热回收冷却器和干燥吹扫除湿增压器连通，所述的干燥吹扫除湿增压器的进口与脱氧反应器连通，干燥吹扫除湿增压器的出口与反向脱水反应器连通，脱氧反应器采用电加热管与脱氧器相结合的特点，减少反应器数量与空间，有效和高效集成反应设备。
6、干燥吹扫除湿增压器和冷却回流增压器均被泵式增压器，所述的干燥吹扫除湿增压器的进口与反式脱氧器和脱氧反应器连通，干燥吹扫除湿增压器的出口与反向脱水反应器连通，所述的冷却回流增压器的进口与除雾循环反应器连通，冷却回流增压器的出口与氢气冷却器连通，直出反应器和储罐之间设有过滤器、取样分析阀组、紧急泄放阀组和供气阀组，脱水反应器的上端和下端均分别设有两组三通阀，少量阀门与设备组合即可实现高纯氢气的生产，与传统制氢纯化设备相比，本发明可减少设备数量25％以上，阀门数量35％以上，重量20％以上，显著降低了生产成本、占地面积，提高了设备稳定性与现场安装环境适应能力。
7、有益效果：
8、本发明提供了一种氢气这种可燃气体的纯化方法，具有纯化效率高、能耗低的特点，不仅可用在氢气的纯化上，也可用在其它可燃气体等以催化燃烧为基础多组分气体的纯化。
9、采用了多循环废热利用与微波脱水的耦合创新结构，脱氧塔结合加热器分层分布催化床程创新布置形式；可有效提高能源利用效率，减少设备数量、极大的降低占地面积、减少了传统仪表控制与材料数量，较大的降低了设备成本与能耗。
10、反应器采用微波脱水技术，而非传统的电加热(热传导)的形式，效率更高，能耗更低，结合脱氧反应器引出热空气协同脱水，充分利用热能，提高效率，节约能耗；由于微波加热穿透性强，直接作用在水分子上，非传统热传递加热脱水，其脱水更加迅速，冷却更快，因此，其冷却和加热时间短，生产出来的氢气更加纯净。
11、脱氧反应器采用电加热管与脱氧器相结合的特点，减少反应器数量与空间，有效和高效集成反应设备。
12、采用废热循环与微波加热技术，使得整体工艺比传统设备减少了二次加热与冷凝系统，极大的减少了设备数量、以及控制难度、投资成本，降低能耗。
13、少量阀门与设备组合即可实现高纯氢气的生产，与传统制氢纯化设备相比，本发明可减少设备数量25％以上，阀门数量35％以上，重量20％以上，显著降低了生产成本、占地面积，提高了设备稳定性与现场安装环境适应能力。
14、本纯化装备具有显著缩短脱水时间的能力，通过阀组与反应器的配合可将传统脱水周期由8-12h，缩短到5h以内，具有显著的节能和减少设备体积的效果。
1.一种高效节能氢气纯化装备系统，气体纯化装备系统包括废热回收冷却器、氢气冷却器、脱氧反应器、除雾过滤器、干燥吹扫除湿增压器和脱水反应器组件，其特征在于，所述的废热回收冷却器的进口与脱水反应器组件、氢气管和氮气管连通，废热回收冷却器的出口与脱氧反应器和氢气冷却器连通，所述的氢气冷却器的进口与废热回收冷区器和脱水反应器组件连通，氢气冷却器的出口与除雾过滤器连通，所述的除雾过滤器的出口与脱水反应器组件和废水管连通，所述的脱氧反应器的出口与废热回收冷却器和通过干燥吹扫除湿增压器与脱水反应器组件相连通，所述的脱水反应器组件包括直出反应器、除雾循环反应器和反向脱水反应器，所述的直出反应器的进口与除雾过滤器连通、直出反应器的出口与储罐连通，所述的除雾循环反应器的进口与废热回收冷却器连通，除雾循环反应器的进口与冷却回流增压器连通，所述的反向脱水反应器的进口与干燥吹扫除湿增压器连通，反向脱水反应器的出口用与废热回收冷却器连通。
2.根据权利要求1所述的一种高效节能氢气纯化装备系统，其特征在于，所述的脱水反应器组件为三连式互联循环反应器连接组件，脱水反应器组件包括三组相同式的脱水反应器，所述的三组的脱水反应器的上端均通过三通阀与废热回收冷却器、除雾过滤器和干燥吹扫除湿增压器连通，三组的脱水反应器的下端通过三通阀与干燥吹扫除湿增压器、冷却回流增压器和储罐连通，所述的脱水反应器为微波脱水式反应器。
3.根据权利要求1所述的一种高效节能氢气纯化装备系统，其特征在于，所述的废热回收冷却器的下部外侧进口与氢气管和氮气管连通，废热回收冷却器的顶端进口与反向脱水反应器和脱氧反应器连通，废热回收冷却器的上部外侧出口与脱氧反应器连通，废热回收冷却器的底端出口与氢气冷却器连通。
4.根据权利要求1所述的一种高效节能氢气纯化装备系统，其特征在于，所述的氢气冷却器的进口分别与废热回收冷却器和冷却回流增压器连通，氢气冷却器的出口与除雾过滤器连通，所述的除雾过滤器的进口与氢气冷却器连通，除雾过滤器的上端出口与直出反应器和除雾循环反应器连通，除雾过滤器的下端出口与污水管连通。
5.根据权利要求1所述的一种高效节能氢气纯化装备系统，其特征在于，所述的脱氧反应器为电加热管与脱氧器组合一体式的反应器，脱氧反应器的进口与废热回收冷却器连通，脱氧反应器的出口与废热回收冷却器和干燥吹扫除湿增压器连通，所述的干燥吹扫除湿增压器的进口与脱氧反应器连通，干燥吹扫除湿增压器的出口与反向脱水反应器连通。
6.根据权利要求1所述的一种高效节能氢气纯化装备系统，其特征在于，所述的干燥吹扫除湿增压器和冷却回流增压器均被泵式增压器，所述的干燥吹扫除湿增压器的进口与反式脱氧器和脱氧反应器连通，干燥吹扫除湿增压器的出口与反向脱水反应器连通，所述的冷却回流增压器的进口与除雾循环反应器连通，冷却回流增压器的出口与氢气冷却器连通。
7.根据权利要求1所述的一种高效节能氢气纯化装备系统，其特征在于，所述的直出反应器和储罐之间设有过滤器、取样分析阀组、紧急泄放阀组和供气阀组。
8.根据权利要求2所述的一种高效节能氢气纯化装备系统，其特征在于，所述的脱水反应器的上端和下端均分别设有两组三通阀。
9.一种高效节能氢气纯化工艺方法，高效气体纯化工艺包括包括废热回收冷却器、氢气冷却器、脱氧反应器、除雾过滤器、干燥吹扫除湿增压器、直出反应器、除雾循环反应器和反向脱水反应器，其特征在于，所述的效气体纯化工艺方法的具体流程如下；
