一种氢气纯化方法及其装置

文档序号:1931271 发布日期:2021-12-07 浏览:15次 >En<

阅读说明:本技术 一种氢气纯化方法及其装置 (Hydrogen purification method and device ) 是由 付亦玮 于 2021-08-25 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种氢气纯化方法及其装置,其结构包括:用于限定设备主体的外筒、嵌套在外筒内的内筒,外筒内还包括分隔板,催化反应层设在分隔板上方的区域,内筒的内部设有用于加热的热管,内筒的侧方设有出口且固定有管封板,管封板上设有用于进气的进气管,进气管与内筒的连接处内设有阻气组件,阻气组件包括固定在管封板下端的胀推组件、固定在胀推组件上端的挡板,本发明将热管先开启一段时间,等前一级设备氢气的气压足够后再往脱氧器内通入氢气,通过挡板的间隙,使得只有少量氢气能进入内筒内,这时氢气不仅能带着热量进入催化反应,还能使氢气的气流带走热管的热量,防止温度逐渐升高的热管干烧损坏。(The invention discloses a hydrogen purification method and a device thereof, and the structure comprises the following steps: the device comprises an outer cylinder for limiting a device main body, an inner cylinder embedded in the outer cylinder, a partition plate in the outer cylinder, a catalytic reaction layer arranged in an area above the partition plate, a heat pipe for heating arranged in the inner cylinder, an outlet arranged on the side of the inner cylinder and a pipe sealing plate fixed on the side of the inner cylinder, an air inlet pipe for air inlet arranged on the pipe sealing plate, an air blocking component arranged in the joint of the air inlet pipe and the inner cylinder, wherein the air blocking component comprises an expansion pushing component fixed at the lower end of the pipe sealing plate and a baffle fixed at the upper end of the expansion pushing component, the heat pipe is firstly started for a period of time, and hydrogen is introduced into a deoxygenator after the pressure of hydrogen of a previous stage device is enough, through the clearance of baffle for only a small amount of hydrogen can get into in the inner tube, and at this moment hydrogen can not only take the heat to get into catalytic reaction, can also make the air current of hydrogen take away the heat of heat pipe, prevents that the heat pipe that the temperature risees gradually from burning futilely and damaging.)

一种氢气纯化方法及其装置

技术领域

本发明涉及氢气提纯领域,具体的是一种氢气纯化方法及其装置。

背景技术

氢气是一种应用广泛的原材料,在科学研究领域有着广泛的用途,在化工生产中原料氢中往往含有氧气,由于较高氧气的存在,不符合氢纯度要求,也不符合安全要求,需要用纯化方法将它除去。

现有的纯化方法中,需要采用脱氧器来对原料氢气进行纯化处理,将原料氢气通入脱氧器内,原料氢气带着热管的热量与脱氧催化剂反应,在脱氧器使用时,前一级的氢气储备装置常常会因为气压不够而导致没有氢气排出,使得脱氧器内的热管发生满功率干烧的情况,由于没有足够气流运动来带走热量,使得高温热管很容易在短时间内烧坏,从而造成设备无法继续使用,使得这一级的氢气纯化操作无法继续进行;

而如果等氢气排入后再启动热管,则会有大量氢气因为没有加热而无法与脱氧催化剂反应,从而失去提纯效果。

因此,有必要对现有技术中的脱氧器以及与脱氧器配合使用的纯化方法予以改进,以解决上述问题。

发明内容

针对上述问题,本发明提供一种氢气纯化方法及其装置。

为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:一种氢气纯化装置,其结构包括:用于限定设备主体的外筒、嵌套在所述外筒内的内筒,所述外筒内还包括用于分隔空间的分隔板,所述内筒的底端穿过所述分隔板到达所述外筒的底部,所述催化反应层设在所述分隔板上方的区域,所述内筒的内部沿着轴线方向还设有用于加热的热管,所述内筒的侧方设有出口且固定有管封板,所述管封板上设有用于进气的进气管,所述外筒外侧设有用于排气的出气管,所述进气管与所述内筒的连接处内设有阻气组件,所述阻气组件包括:固定在所述管封板下端的胀推组件、固定在所述胀推组件上端的挡板,所述挡板的顶端还设有用于辅助旋转的转轴,所述转轴通过轴座固定在所述管封板的上端。

优选的,所述挡板呈圆形且直径小于所述进气管的内壁直径。

优选的,所述胀推组件包括:内部充满气体的膨胀气缸以及固定在所述膨胀气缸内的内管,所述内管的内壁呈阶梯状,所述内管内嵌套有用于执行推动功能的推杆,所述推杆与所述内管的内壁之间嵌套有用于向下推动的弹簧,所述推杆的顶端在所述内管内部设有导向轴,所述导向轴与所述推杆之间为旋转嵌套连接,所述导向轴顶端与所述挡板相连接。

优选的,所述导向轴上设有导向槽,所述导向槽沿所述导向轴815的圆周方向扫过的角度为80°-100°,所述内管顶端的内壁上设有与所述导向槽相卡合的导向侧轮。

优选的,所述导向侧轮的数量与所述导向槽的数量相对应,所述导向槽至少设有一个。

优选的,所述导向侧轮包括用于与所述导向槽相抵的滚轮、用于使所述滚轮能顺滑转动的轴承、用于固定所述轴承的连接座,所述轴承嵌套在所述滚轮内,所述连接座嵌套在所述轴承的内环上,所述连接座尾端固定在所述内管顶端的内壁上。

优选的,所述导向槽沿所述导向轴的圆周方向扫过的角度为所述挡板的摆动幅度,所述导向槽在所述导向轴轴线方向上的长度,等于所述挡板直径与所述进气管内壁直径之间的差值。

一种氢气纯化方法,其特征在于:包括如下步骤:

S1:将脱氧催化剂填充到外筒的催化反应层内;

S2:将热管启动,一段时间后,将原料氢气由进气管往到内筒内部通入,原料氢气通入过程中接触到与热管同步运行的阻气组件;

S3:原料氢气通过内筒达到外筒内的底部,向上运动并穿过催化反应层,同时与催化反应层内的脱氧催化剂反应,使原料氢气内的氢气和氧气发生化合反应,形成气态水并随着氢气从出气管排出;

由此完成原料氢气脱氧纯化操作。

优选的:所述S2还包括步骤:

S2-1:热管与阻气组件启动的初步阶段,挡板覆盖住进气管的大部分开口,部分原料氢气由挡板与进气管的间隙中排入内筒内;

S2-2:热管与阻气组件启动的中间阶段,热管温度持续上升,膨胀气缸内部的气体受热膨胀并将推杆推出,使导向轴带动挡板旋转,从而逐渐打开进气管,使更多的原料氢气排入内筒内;

S2-3:热管与阻气组件启动的最后阶段,热管温度达到工作温度,挡板旋转90°,将进气管开放,使进气管输送的原料氢气正常排入内筒内。

有益效果

与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:

1、本发明将热管提前开启一段时间,等前一级设备氢气的气压足够后再往脱氧器内通入氢气,通过挡板对进气管进行阻挡且留有间隙,使得进气管内只有少量氢气能进入内筒内,这时的氢气不仅能带着热管的热量进入催化脱氧反应,还能使氢气的气流带走热管的热量,防止温度逐渐升高的热管干烧损坏。

2、本发明设有阻气组件,并使其与热管同时启动,膨胀气缸内的气体随着热管温度的升高而逐渐膨胀,从而将推杆推出,通过导向轴带动挡板旋转,从而使挡板随着热管温度的升高而展开,由此配合让氢气均匀的进入内管内,让适量的氢气带着足够的热量进入催化反应,避免氢气过多而造成反应不完全,同时还避免了热管干烧损坏。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明阻气组件的正面结构示意图。

图3为本发明阻气组件的正剖截面示意图。

图4为本发明导向轴的三维结构示意图。

图5为本发明导向侧轮的三维结构示意图。

图6为本发明挡板的俯视结构示意图。

图7为本发明方法的流程框图。

图中:外筒-1、分隔板-2、催化反应层-3、内筒-4、热管-5、进气管-6、出气管-7、阻气组件-8、胀推组件-81、挡板-82、转轴-83、轴座-84、膨胀气缸-811、内管-812、推杆-813、弹簧-814、导向轴-815、导向侧轮-a、导向槽-b、滚轮-a1、轴承-a2、连接座-a3。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式以及附图说明,进一步阐述本发明的优选实施方案。

实施例

如图1-图6所示,本发明提供一种技术方案:

一种氢气纯化装置,其结构包括:用于限定设备主体的外筒1、嵌套在所述外筒1内的内筒4,所述外筒1内还包括用于分隔空间的分隔板2,所述内筒4的底端穿过所述分隔板2到达所述外筒1的底部,所述催化反应层3设在所述分隔板2上方的区域,所述内筒4的内部沿着轴线方向还设有用于加热的热管5,所述内筒4的侧方设有出口且固定有管封板41,所述管封板41上设有用于进气的进气管6,所述外筒1外侧设有用于排气的出气管7,所述进气管6与所述内筒4的连接处内设有阻气组件8,所述阻气组件8包括:固定在所述管封板41下端的胀推组件81、固定在所述胀推组件81上端的挡板82,所述挡板82的顶端还设有用于辅助旋转的转轴83,所述转轴83通过轴座84固定在所述管封板41的上端。

进一步的实施方式为,所述挡板82呈圆形且直径小于所述进气管6的内壁直径,通过该条实施例,让挡板82在对进气管6进行大部分阻挡的同时,还能留出间隙,使得热管5在刚开始加热的时候,进气管6内有且仅有少量氢气能进入热管5内。

进一步的实施方式为,所述胀推组件81包括:内部充满气体的膨胀气缸811以及固定在所述膨胀气缸811内的内管812,所述内管812的内壁呈阶梯状,所述内管812内嵌套有用于执行推动功能的推杆813,所述推杆813与所述内管812的内壁之间嵌套有用于向下推动的弹簧814,所述推杆813的顶端在所述内管812内部设有导向轴815,所述导向轴815与所述推杆813之间为旋转嵌套连接,所述导向轴815顶端与所述挡板82相连接,通过该实施例,利用膨胀气缸811内的气体温度随着热管5的提升而同步提升,从而使膨胀的气体做出运动转化,将推杆813推出,进而执行后续操作。

进一步的实施方式为,所述导向轴815上设有导向槽b,所述导向槽b沿所述导向轴815的圆周方向扫过的角度为80°

-100°,所述内管812顶端的内壁上设有与所述导向槽b相卡合的导向侧轮a,在该实施例中采用导向槽b具有90°的旋转路径角度,使得导向轴815在工作时能进行90°旋转。

进一步的实施方式为,所述导向侧轮a的数量与所述导向槽b的数量相对应,所述导向槽b至少设有一个,通过导向侧轮a与导向槽b卡合,当导向轴815上升时,因为导向槽b方向的原因,则会强制使导向轴815在上升的同时进行旋转操作,操作角度为导向槽b沿所述导向轴815的圆周方向扫过的角度,即90°。

进一步的实施方式为,所述导向侧轮a包括用于与所述导向槽b相抵的滚轮a1、用于使所述滚轮a1能顺滑转动的轴承a2、用于固定所述轴承a2的连接座a3,所述轴承a2嵌套在所述滚轮a1内,所述连接座a3嵌套在所述轴承a2的内环上,所述连接座a3尾端固定在所述内管812顶端的内壁上,通过轴承a2保证了滚轮a1能顺滑运作,从而渐少滚轮a1的磨损,防止滚轮a1与导向槽b发生硬磨擦的而造成滚轮a1损坏的情况。

进一步的实施方式为,所述导向槽b沿所述导向轴815的圆周方向扫过的角度为所述挡板82的摆动幅度,所述导向槽b在所述导向轴815轴线方向上的长度,等于所述挡板82直径与所述进气管6内壁直径之间的差值,在该实施例的设定下,当导向轴815伸出旋转时,挡板82跟随导向轴815一同旋转90°,同时避免导向轴815伸出时会把挡板82顶到进气管6。

如图7所示,本发明提供一种技术方案:一种氢气纯化方法,其特征在于:包括如下步骤:

S1:将脱氧催化剂填充到外筒1的催化反应层3内;

S2:将热管5启动,一段时间后,将原料氢气由进气管6往到内筒4内部通入,原料氢气通入过程中接触到与热管5同步运行的阻气组件8;

S3:原料氢气通过内筒4达到外筒1内的底部,向上运动并穿过催化反应层3,同时与催化反应层3内的脱氧催化剂反应,使原料氢气内的氢气和氧气发生化合反应,形成气态水并随着氢气从出气管7排出;

由此完成原料氢气脱氧纯化操作。

同时,如图7所示,所述S2还包括步骤:

S2-1:热管5与阻气组件8启动的初步阶段,挡板82覆盖住进气管6的大部分开口,部分原料氢气由挡板82与进气管6的间隙中排入内筒4内;

S2-2:热管5与阻气组件8启动的中间阶段,热管5温度持续上升,膨胀气缸811内部的气体受热膨胀并将推杆813推出,使导向轴815带动挡板82旋转,从而逐渐打开进气管6,使更多的原料氢气排入内筒4内;

S2-3:热管5与阻气组件8启动的最后阶段,热管5温度达到工作温度,挡板82旋转90°,将进气管6开放,使进气管6输送的原料氢气正常排入内筒4内。

在利用本发明的氢气纯化装置和氢气纯化方法来对原料氢气进行纯化的过程中,将热管5提前开启一段时间,由此就可以等前一级设备氢气的气压足够后再往脱氧器内通入氢气,在氢气通入时,通过挡板82对进气管6进行阻挡且留有间隙,使得进气管6内有且仅有少量氢气能进入内筒4内,这时的氢气不仅能带着热管5刚产生的热量进入催化反应层3内进行催化脱氧反应,还能使氢气的气流带走热管5的热量,防止温度逐渐升高的热管5干烧损坏;

随后热管5温度逐渐上升,膨胀气缸811内的气体随着热管5温度的升高而逐渐膨胀,从而将推杆813推出,通过导向轴815带动挡板82旋转,从而使挡板82随着热管5温度的升高而展开,由此配合让氢气均匀的进入内管5内,保证适量的氢气带着足够的热量进入催化反应,避免氢气过多而造成反应不完全,同时还避免了热管干烧损坏。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。

因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

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