[实用新型]采用分子筛吸附和金属氢化物纯化的复合氢气提纯系统

说明书

本实用新型涉及一种采用分子筛吸附和金属氢化物纯化的复合氢气提纯系统，属于氢气提纯应用领域。该系统包括一组或多组变压吸附柱、一组或多组储氢合金纯化柱、管路和阀门等，低纯度氢管道、变压吸附柱、储氢合金纯化柱和高纯氢管道之间依次通过管道连接，形成闭路循环。本实用新型先利用分子筛吸附氢中杂质气体，再由储氢合金选择性吸附氢气进一步分离氢气和杂质气体，获得高纯氢气。储氢合金除了实现氢气纯化功能外，同时兼有回收分子筛纯化柱再生前氢气、分子筛纯化柱再生用高纯氢源供给功能。特别适用于混有空气杂质的95％‑98％纯度和0.3MPa‑2.0MPa压力范围内的氢气提纯，可将氢气纯度提高到99.99％以上。

技术领域

本实用新型涉及一种采用分子筛吸附和金属氢化物纯化的复合氢气提纯系统，特别适用于氢冷发电机的氢气提纯。本实用新型属于氢气提纯应用领域。

背景技术

氢气是一种极易燃烧、无色透明、无臭无味的气体，其热导率为0.1805W/(m.k)，通风及摩擦损耗小，噪音小，是大型发电机最主要的冷却介质。发电机采用氢气冷却介质可使其通风损耗减少6.95％，转子表面摩擦损失只有空气冷却介质的0.1，散热能力相比空气提高4倍,因此可减缓发电机高温老化，提高发电机效率。

氢冷发电机一般采用约0.5MPa(绝压)、纯度99％以上氢气进行换热冷却，氢气通过密封油密封在发电机工作腔内进行循环利用。一般而言，检修后并新置换合格的发电机内氢气纯度可达到99％以上，但运行中因油氢压差控制或者发电机轴瓦间隙等原因，空气会缓慢渗入进入冷却氢气导致氢气纯度下降，较难保持在98％以上，导致发电机效率降低。为了维持发电机内的氢气的高纯度，普遍需要对发电机进行一定周期内的排补氢操作，用99.99％以上高纯氢置换低浓度的氢气，来相对提高发电机内氢的纯度。

氢气纯度显著影响对发电机的运行安全性和经济性。氢气既可被明火和暗火点燃，当与空气混合的爆炸极限是4％～74.2％时，发电机运转过程中可能出现定、转子放电现象，氢气纯度降低还会降低发电机绕组绝缘性能，因此氢气纯度降低，将导致发电机存在氢爆可能性，严重威胁发电机的安全。我国在《电业安全工作规程第1部分：热力和机械》(GB26164.1-2010)中13.4.2规定：发电机氢纯度不应低于96.0％，含氧量不应超过l.2％。氢纯度的降低，将直接影响发电机运行功耗，如氢气纯度每下降1％，400MW发电机损耗将增加107kW，600MW和800MW机组则损耗增加240kW和366kW。当氢气纯度由99.99％降到97％时，400MW发电机损耗将分别增加为321kW，600MW和800MW机组则损耗增加720kW和1098kW。

目前，国内运行的600MW发电机组大约有300台左右，只有极少数的氢气纯度能够长期保持在99％以上。按电价0.3元/kWh，每台机年运行6000h计算，单台 600MW发电机长期97％纯度氢运行下损失为130万元/年，则300台600MW发电机损失近4亿。因此，开发出一种适合氢冷发电机用氢气提纯系统，提高发电机氢气纯度和效率，对减少运行损耗和提高经济效益意义重大。同时，通过纯化提高氢气纯度，能够减少发电机的排补氢操作次数，提高发电机运行安全性具有重要意义。

分子筛吸附氢提纯技术比较成熟，是利用分子筛对杂质气体有比较强的吸附能力而少量吸附氢特性，将氢与杂质气体分离实现氢的提纯。当分子筛吸附杂质气体饱和后，对分子筛纯化柱减压，并采用抽真空、常压、常温或者高温下通入高纯氢气吹扫置换或者还原系统获得再生，重新具有吸附杂质气体性能。分子筛吸附纯化柱一般要求氢气压力适中，压力太低，分子筛对杂质气体吸附效率和容量低，氢纯化不彻底，压力太高则吸附氢气造成纯化效果也变差。此外，对于O₂、N₂、CO等弱吸附性能的杂质气体，分子筛吸附容量低且提纯效果较差，氢纯度较低。