氢气增压输出系统的制作方法

1.本实用新型涉及增压技术领域，尤其涉及一种氢气增压输出系统。


背景技术：

2.目前在一些化工品如碱氯、bdo(1,4-丁二醇)以及酸等生产中都需要大量的氢气，氢气的工业化生产一般采用电解槽电解的方法。随着技术的更新以及生产规模的扩大，电解槽相对应的氢气输送系统则满足不了氢气的需求量，传统的输送系统无增压装置，在输出氢气时，压力较弱，输出效率低。因此，电解后的氢气除送往后段的生产工序，大部分余量直接被放空，浪费相对较大，致使能耗和生产成本提高，也浪费了设备资源。
3.空气压缩机作为气源装置已被广泛应用于各行业中。例如，电动空气压缩机在车辆中被用作制动用的气源、涡轮增压器的气源或燃料电池的气源等。制备出的氢气也可以利用氢气压缩机加压，进而贮存于氢气罐(瓶)中。压缩机是将原动机(通常是电动机)的机械能转换成气体压力能的装置。在机械能转换为气体压力能的过程中，氢气被强烈压缩，温度骤升，产生大量的热量。这些热量容易导致空压机运行温度升高，进而导致润滑油氧化，润滑性能降低，出风量下降，功率消耗增大。整个压缩系统运行不安全，且损耗和维修费用均较大。因此，开发一种能够稳定安全运行的氢气增压输出系统，成为本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种氢气增压输出系统，用以解决氢气耗损和输送安全问题；该系统能有效提升氢气输出的压力，提高氢气输出效率，减少氢气大量排放和浪费，还能确保氢气压缩和输送的安全稳定性，提高生产控制能力，达到节能降耗的目的。
5.本实用新型提供一种氢气增压输出系统，包括：洗涤装置，增压单元，冷却单元和输出装置；上述洗涤装置、上述增压单元、上述冷却单元和上述输出装置之间依次通过输送管道连接；
6.上述增压单元包括氢气压缩装置和气水分离器；
7.上述冷却单元包括预冷装置、冷却装置和过滤器；
8.其中，上述氢气压缩装置分别与上述洗涤装置和上述气水分离器连接，上述预冷装置分别与上述气水分离器和冷却装置连接，上述过滤器分别与上述冷却装置与上述输出装置连接。
9.通过上述技术方案，能有效提升氢气输出的压力，提高氢气输出效率；系统能实现不间断地增压和输出，增压效率高，确保了氢气压缩和输送的安全稳定性。
10.在一些实施方案中，气水分离器顶部设置有冷水进水管道，冷水管路中的冷水通过冷水进水管道补入气水分离器中。
11.在一些实施方案中，增压单元还包括换热器，上述换热器与上述氢气压缩装置连接；上述换热器的热介质为上述气水分离器中排出的冷水，冷介质为冷冻水管路中的冷冻
水。
12.在一些实施方案中，洗涤装置为喷淋洗涤塔，用于对氢气进行洗涤。
13.在一些实施方案中，输出装置为分配台。
14.在一些实施方案中，冷却单元还包括冷却水管路，上述冷却水管路包括循环水管路和冷冻水管路；上述冷却水管路内部的水用于对上述增压单元输出的压缩氢气进行降温。
15.在一些实施方案中，预冷装置包括预冷器、循环水入口和循环水出口，上述冷却装置包括冷却器、冷冻水入口和冷冻水出口。
16.在一些实施方案中，循环水入口和上述循环水出口与上述循环水管路连通，上述冷冻水入口和上述冷冻水出口与上述冷冻水管路连通。
17.在一些实施方案中，氢气压缩装置为直联式氢气压缩机。
18.在一些实施方案中，输出装置上设置有自动放空阀。
19.本实用新型提供的氢气增压输出系统，通过对氢气增压、冷却、再分配的手段，实现有益效果如下：
20.1)该增压输出系统能满足大规模生产对氢气的需求，减少氢气大量排放和浪费，还能确保氢气压缩和输送的安全稳定性，提高生产控制能力，达到节能降耗的目的。
21.2)该系统能有效提升氢气输出的压力，提高了氢气输出效率；在气源不断的情况下，系统能实现不间断地增压和输出，增压效率高，系统环节简洁，由增压到冷却到再分配能一体化完成。
22.3)该系统能满足防火安全要求，采用的氢压机为直联式传动结构，无需像皮带传动结构那样频繁倒机和检修，避免了倒机风险，也减少了设备维护劳动强度，节能降耗作用明显，能显著节约配件损耗和生产、维护费用。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本实用新型一实施例提供的氢气增压输出系统的结构示意图。
25.附图标记说明：1、氢气增压输出系统；11、洗涤装置；12、增压单元；13、冷却单元；14、输出装置；121、氢气压缩装置；122、气水分离器；123、换热器；124、冷水管路；131、预冷装置；132、冷却装置；133、过滤器；134、冷却水管路；141、自动放空阀；2201、冷水进水管道；3101、预冷器；3102、循环水入口；3103、循环水出口；3201、冷却器；3202、冷冻水入口；3203、冷冻水出口；3401、循环水管路；3402、冷冻水管路。
具体实施方式
26.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，也属于本实用新型保护的范围。
27.在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。除非另作定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。除非另行指出，“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.需要理解的是，在本实用新型的附图1中，附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的流程，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实用新型的限制。
29.在具体的实施方案中，如图1所示的氢气增压输出系统1，包括：洗涤装置11，增压单元12，冷却单元13和输出装置14；上述洗涤装置11、上述增压单元12、上述冷却单元13和上述输出装置14之间依次通过输送管道连接。其中，上述氢气压缩装置分别与上述洗涤装置和上述气水分离器连接，上述预冷装置分别与上述气水分离器和冷却装置连接，上述过滤器分别与上述冷却装置与上述输出装置连接。
30.通过上述系统将电解所得氢气进行了洗涤除杂、压缩增压、冷却过滤和再分配的串联处理，能降低气体中水分和杂质，还能保证输出装置输出压力稳定，有利于后续用氢部门的生产稳定，提升用氢部门的生产效率，也避免了传统系统中未增压氢气的大量排放和浪费，节约了生产资源。具体地，上述增压单元12包括氢气压缩装置121和气水分离器122，用于对氢气进行增压和气液分离。氢气经过压缩后，能提供输出压力稳定的气源进入后续生产工序，同时还能降低或避免产氢工序不稳定时，由于氢气输出压力波动大而对用氢工序的生产的不利影响。氢气经压缩增压后，该输出系统对产氢工序的抽吸量和输送量都能提升，能避免氢气排空和浪费。具体地，上述冷却单元13包括预冷装置131、冷却装置132和过滤器133。上述过滤器133能够将系统内输送的压缩气体进行过滤，便于除去气体内的杂质。上述过滤器133内装有滤芯，能够保证过滤器吸附水分或杂质的效果。通过设有的过滤器，能够进一步将压缩气体进行过滤，便于除去气体内的水分或杂质，使得输出装置输出的氢气能直接用于生产，不用进行其他二次处理，提高了生产效率。
31.具体地，上述气水分离器122顶部设置有冷水进水管道2201，冷水管路124中的冷水通过冷水进水管道2201补入气水分离器122中。通过上述冷水进水管道2201向气水分离器122中不断补水，能加强气水分离器的分离效果。
32.具体地，上述增压单元12还包括换热器123，上述换热器123与上述氢气压缩装置121连接；上述换热器123的热介质为上述气水分离器122中排出的冷水，冷介质为冷冻水管路3402中的冷冻水。上述气水分离器122排出的冷水经过换热器123与冷冻水管路3402中的冷冻水换热后，再用于收集氢气压缩装置121产生的热量，并将收集的热量输出氢气增压输出系统。
33.利用冷水进水加强了气液分离的效果，也具有一定的降温作用。通过换热器将气水分离器排出的冷水进一步降温后，再通入压缩机中用于吸收压缩机工作过程产生的热
量。气水分离器和压缩机的冷媒水的串联设置，有效利用了冷水的冷能，减少了水源的使用量，提高了冷能利用率，节约了能耗和水源。具体地，上述洗涤装置11为喷淋洗涤塔，用于对氢气进行洗涤。采用电解槽制氢后，排出的气体中带有碱性介质等杂质，经过喷淋塔的洗涤后，能有效去除气体中的碱性介质和其他杂质。
34.具体地，上述输出装置14为分配台。分配台用于对上述氢气增压输出系统输出的增压后的氢气进行再分配。示例性的，分配台能将氢气分配至储氢装置或氢气管网等。
35.具体地，上述冷却单元13还包括冷却水管路134，上述冷却水管路134包括循环水管路3401和冷冻水管路3402；上述冷却水管路134内部的水用于对上述增压单元12输出的压缩氢气进行降温。
36.具体地，上述预冷装置131包括预冷器3101、循环水入口3102和循环水出口3103，上述冷却装置132包括冷却器3201、冷冻水入口3202和冷冻水出口3203。
37.更进一步地，上述循环水入口3102和循环水出口3103与上述循环水管路3401连通，上述冷冻水入口3202和冷冻水出口3203与上述冷冻水管路3402连通。
38.具体地，上述氢气压缩装置121为直联式氢气压缩机。氢气增压装置是用于对氢气加压增压的设备，以使得氢气增压输出系统供应的氢气满足压力需求。具体的，氢气增压装置设置于洗涤装置11的出口处，以便于直接对从洗涤装置11出口输出的氢气进行压力控制。
39.具体地，上述输出装置14上设置有自动放空阀141。上述放空阀用以保证分配台压力的稳定，进而保证整个系统压力的稳定。
40.具体地，氢气增压输出系统中所有的输送管道，是用于将前端工序中的产氢装置产生的氢气引导至增压输出系统，将上述系统中各装置连通，并最终引导氢气经输出装置输出的管线。一般的，为了便于计量氢气流量、压力以及温度，上述输送管道上还能设置有压力传感器、流量计以及温度传感器。可以理解的，输送管道上还能设置阀门，以便于控制输送管道开启或关闭，示例性的，阀门可以采用调压阀，以使得阀门在达到对应压力时开启。
41.本技术实施例提供一种氢气增压输出系统的工作流程，以下进行详细说明：
42.氢气增压输出系统1在具体工作时，前端工序电解槽制备得到氢气后，用输送管道送至洗涤装置11，氢气经过喷淋洗涤塔的洗涤，去除气体中的碱性介质和其他杂质，完成洗涤。
43.将洗涤后的氢气用输送管道送至增压单元12。具体地，先送至氢气压缩装置121-直联式氢气压缩机中，对氢气进行加压增压后，再送至气水分离器122，进行气液分离，再将分离器顶部溢出的氢气送入冷却单元13。上述气水分离器122顶部设置有冷水进水管道2201，冷水管路124中的冷水通过冷水进水管道2201补入气水分离器122中，能加强气水分离器的分离效果。
44.上述气水分离器122排出的冷水经过增压单元12的换热器123，被3402中的冷冻水降温后，再通入氢气压缩机中用于给压缩机降温，吸收了氢气压缩装置121热量的冷水最终被排出系统。
45.由输送管道送至冷却单元13的压缩氢气依次经过预冷器3101和冷却器3201的降温，其中在预冷器3101中由循环水管路3401提供的循环水作为冷介质进行降温，在冷却器
3201中由冷冻水管路3402提供的冷冻水作为冷介质进行降温。降温后的压缩氢气再输送至过滤器133中，除去气体内的杂质，完成过滤。
46.将过滤后的压缩氢气通过输送管道送至输出装置14-分配台，经分配台再分配至后段工序、储氢装置或氢气管网等。上述分配台上设置有自动放空阀141，用以保证分配台压力的稳定，进而保证整个系统压力的稳定。
47.需要说明的是，系统内部的输送管道上在不同单元或装置间设置有压力传感器、流量计或温度传感器，同时也设置有不同阀门，如泄压阀、调压阀、安全阀等用于调节和稳定整个系统压力的阀门。
48.需要说明的是，本实用新型中采用直联式氢气压缩机，利用直联式传动结构保证加氢系统的稳定性和安全性。
49.值得注意的是，现有的皮带传动结构的压缩机不符合gb50160《石油化工企业设计防火规范》。发明人所在单位原有的皮带传动结构的压缩机为满足生产需要共设置有5台，其中3台为运行设备，2台为备用设备。在运行过程中若出现故障，需要切换设备且存在停车风险，难以保证系统的稳定运行。同时上述皮带传动结构的压缩机在频繁倒机和检修中，安全风险明显地增加，倒机设备维护劳动强度也大大增加，配件损耗和维护费用也较直联式氢气压缩机高。
50.本实施例中，十万吨氢气站配置的直联式氢气压缩机的功率为250kw，转速为630rpm。工作时，只1台氢气压缩机运行，1台备用。抽吸气体为氢气，进料流量为87-91m3/min，气相温度为≤40℃，吸气压力为101.3kpa(绝压)，排出压力为0.09mpa(表压)。每运行2500h需切换设备维护保养1次。
51.进一步说明，十万吨氢气站原配置的皮带传动结构的压缩机，在工作时，3台为运行设备，2台为备用设备。上述皮带传动结构的压缩机每年需损耗6台配件，每套费用在3万元左右，每年维护费用节约18万元。
52.进一步说明，皮带传动结构的压缩机的功率为90kw，每月耗电量为3
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90
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24
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30＝194400kw
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h，而直联式氢气压缩机每月耗电量为250
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24
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30＝180000kw
·
h，每月节约用电量14400kw
·
h，每度电按照0.35元计，每月节约电费5040元，节能降耗作用明显。
53.需要说明的是，本领域技术人员在本实用新型的指导下，还能对上述系统做出部分修改设计。例如，上述氢气增压输出系统还包括显示器，对氢气增压输出系统中的参数(例如压力、温度、电能、进料流量等)进行显示。
54.最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种氢气增压输出系统，其特征在于，包括：洗涤装置，增压单元，冷却单元和输出装置；所述洗涤装置、所述增压单元、所述冷却单元和所述输出装置之间依次通过输送管道连接；所述增压单元包括氢气压缩装置和气水分离器；所述冷却单元包括预冷装置、冷却装置和过滤器；其中，所述氢气压缩装置分别与所述洗涤装置和所述气水分离器连接，所述预冷装置分别与所述气水分离器和冷却装置连接，所述过滤器分别与所述冷却装置与所述输出装置连接。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述气水分离器顶部设置有冷水进水管道，冷水管路中的冷水通过所述冷水进水管道补入所述气水分离器中。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述增压单元还包括换热器，所述换热器与所述氢气压缩装置连接；所述换热器的热介质为所述气水分离器中排出的冷水，冷介质为冷冻水管路中的冷冻水。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述洗涤装置为喷淋洗涤塔，用于对氢气进行洗涤。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述输出装置为分配台。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述冷却单元还包括冷却水管路，所述冷却水管路包括循环水管路和冷冻水管路；所述冷却水管路内部的水用于对所述增压单元输出的压缩氢气进行降温。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述预冷装置包括预冷器、循环水入口和循环水出口，所述冷却装置包括冷却器、冷冻水入口和冷冻水出口。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述循环水入口和所述循环水出口与所述循环水管路连通，所述冷冻水入口和所述冷冻水出口与所述冷冻水管路连通。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述氢气压缩装置为直联式氢气压缩机。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述输出装置上设置有自动放空阀。

技术总结
本实用新型提供一种氢气增压输出系统，属于增压技术领域，包括：洗涤装置，增压单元，冷却单元和输出装置；上述洗涤装置、上述增压单元、上述冷却单元和上述输出装置之间依次通过输送管道连接；上述增压单元包括氢气压缩装置和气水分离器；上述冷却单元包括预冷装置、冷却装置和过滤器。本实用新型的氢气增压输出系统，用以解决氢气耗损和输送安全问题；该系统能有效提升氢气输出的压力，提高氢气输出效率，减少氢气大量排放和浪费，还能确保氢气压缩和输送的安全稳定性，提高生产控制能力，达到节能降耗的目的。到节能降耗的目的。到节能降耗的目的。


技术研发人员：代良云 俞峰 周鸿儒 魏国庆
受保护的技术使用者：宁夏金昱元能源化学有限公司
技术研发日：2021.10.12
技术公布日：2022/5/25