1.本發(fā)明涉及氣體分離技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純裝置與方法。

背景技術(shù)：

2.氫氣作為清潔能源正在拓展其在汽車用電源、家庭用發(fā)電等用途上的應(yīng)用，在管道天然氣中摻混氫氣(或稱為混氫天然氣)有利于氫氣長(zhǎng)距離、低成本的輸運(yùn)，是進(jìn)行氫氣輸運(yùn)的有效手段。中低壓天然氣管網(wǎng)中摻混比例5％-20％的氫氣在英國(guó)、德國(guó)、澳大利亞、法國(guó)、意大利等國(guó)家已進(jìn)入項(xiàng)目試點(diǎn)階段，并且在歐洲開(kāi)展了從混氫天然氣中提純氫氣的hylypure項(xiàng)目(項(xiàng)目資助號(hào)843910)。除試驗(yàn)性質(zhì)的混氫天然氣外，煤制合成氣、轉(zhuǎn)爐氣、冶金的高爐氣等場(chǎng)合也是含一定氫氣的混合氣。從上述混合氣中分離提純的氫氣經(jīng)過(guò)加氫反應(yīng)可以合成高附加值精細(xì)化工產(chǎn)品，因此分離提純技術(shù)是實(shí)現(xiàn)氫氣高附加值利用的必要手段。氣體分離技術(shù)有深冷技術(shù)、變壓吸附技術(shù)、膜分離技術(shù)等，但是對(duì)于氫氣含量較低(小于20％)的工況，常規(guī)氣體分離技術(shù)難以經(jīng)濟(jì)、有效地進(jìn)行氫氣分離提純。同時(shí)滿足進(jìn)口氫氣濃度低、出口純度高、回收率高、提純能耗低等要求的氣體分離技術(shù)，是本領(lǐng)域需要長(zhǎng)期研究和攻克的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

3.本發(fā)明的目的在于提供一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純裝置與方法，通過(guò)膜過(guò)濾與電化學(xué)提純結(jié)合使氫氣提純的純度更高。

4.為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純裝置，其包括：

5.工作塔，在工作塔下方進(jìn)口處連通有進(jìn)氣管，工作塔的下方進(jìn)口處固定有第一單向閥，在工作塔的上方出口處連通有出氣管，工作塔的上方出口處固定有第三單向閥；

6.工作塔的內(nèi)部從下往上依次設(shè)置有膜分離裝置、電化學(xué)氫泵裝置、除濕裝置；

7.膜分離裝置包括至少一層鋪設(shè)在工作塔內(nèi)部下端的分離膜，膜分離裝置被分離膜分割為若干空間；

8.在膜分離裝置與電化學(xué)氫泵裝置之間固定有第一隔板，第一隔板表面的中心通孔處固定有第一氣泵；

9.電化學(xué)氫泵裝置包括陽(yáng)極電網(wǎng)、陰極電網(wǎng)、質(zhì)子交換膜，在第一隔板的上方裝有水，陽(yáng)極電網(wǎng)和陰極電網(wǎng)均固定在工作塔內(nèi)壁上且浸泡在水中，質(zhì)子交換膜固定安裝在陽(yáng)極電網(wǎng)與陰極電網(wǎng)之間，陽(yáng)極電網(wǎng)位于質(zhì)子交換膜下側(cè)，陰極電網(wǎng)位于質(zhì)子交換膜上側(cè)；

10.中轉(zhuǎn)箱，其設(shè)置在工作塔的一側(cè)，用于將經(jīng)過(guò)膜分離和進(jìn)入電化學(xué)氫泵裝置陽(yáng)極區(qū)的混合氣返回至膜分離裝置；

11.除濕裝置包括第二隔板，第二隔板固定安裝在質(zhì)子交換膜上方，其表面中心對(duì)稱的設(shè)有兩個(gè)通孔，且在該通孔處固定裝有第二單向閥；在第二隔板的上端中心處固結(jié)有導(dǎo)

向柱，導(dǎo)向柱的上端固定在工作塔的頂壁上，在導(dǎo)向柱上滑動(dòng)連接有滑塊，滑塊的側(cè)壁與工作塔內(nèi)壁貼緊；在滑塊的豎直方向開(kāi)設(shè)有多個(gè)豎直通孔，豎直通孔內(nèi)部從上到下依次固定有上通氣膜和下通氣膜，在上通氣膜和下通氣膜之間盛放有干燥劑；

12.在滑塊上還設(shè)置有開(kāi)合裝置，開(kāi)合裝置用于在滑塊碰觸到第二隔板時(shí)閉合豎直通孔，在滑塊碰觸到工作塔頂壁時(shí)導(dǎo)通豎直通孔；

13.電化學(xué)氫泵通斷電控制裝置，其包括關(guān)閉電路的關(guān)閉按鈕和啟動(dòng)電路的啟動(dòng)按鈕；

14.啟動(dòng)按鈕設(shè)置于第二隔板上表面槽內(nèi)，啟動(dòng)按鈕的下端固定有第二彈簧，第二彈簧的下端固定有圓形墊圈，圓形墊圈固定安裝在槽內(nèi)，啟動(dòng)按鈕的底部中心處固定有第一導(dǎo)電條，在槽的最底部固定有啟動(dòng)電路，當(dāng)啟動(dòng)按鈕按下時(shí)，第一導(dǎo)電條觸碰到啟動(dòng)電路，整個(gè)啟動(dòng)電路閉合驅(qū)動(dòng)電化學(xué)氫泵工作；

15.關(guān)閉按鈕設(shè)置于工作塔上方內(nèi)壁處，內(nèi)設(shè)置有關(guān)閉電路，關(guān)閉按鈕的安裝方式與啟動(dòng)按鈕相同，在關(guān)閉按鈕的上端中心處固定有第二導(dǎo)電條，當(dāng)關(guān)閉按鈕按下時(shí)，第二導(dǎo)電條觸碰到關(guān)閉電路，整個(gè)關(guān)閉電路閉合關(guān)停電化學(xué)氫泵。

16.優(yōu)選的，所述中轉(zhuǎn)箱的下方第一出氣口與進(jìn)氣管連通，且在其第一出氣口處固定有第五單向閥，中轉(zhuǎn)箱下端側(cè)壁上的第二出氣口連通至膜分離裝置的第一空間，且在其第二出氣口處固定有第六單向閥；

17.在膜分離裝置上開(kāi)設(shè)有不少于一個(gè)第一排氣孔，每個(gè)第一排氣孔分別與去除第一空間的其他空間連通，第一排氣孔與中轉(zhuǎn)箱連通且在第一排氣孔處設(shè)置有第四單向閥，在第一隔板與質(zhì)子交換膜之間陽(yáng)極區(qū)內(nèi)的工作塔側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有第二排氣孔，第二排氣孔與中轉(zhuǎn)箱連通且在第二排氣孔處設(shè)置有第七單向閥。

18.優(yōu)選的，所述膜分離裝置包括一層分離膜。

19.優(yōu)選的，所述膜分離裝置包括3層分離膜。

20.優(yōu)選的，所述開(kāi)合裝置包括與滑塊上的豎直通孔對(duì)應(yīng)設(shè)置的網(wǎng)格狀滑片，在滑塊內(nèi)部水平設(shè)有水平滑槽，網(wǎng)格狀滑片滑動(dòng)設(shè)置在水平滑槽內(nèi)；

21.在滑塊的豎直方向開(kāi)設(shè)有豎直滑槽，豎直滑槽內(nèi)滑動(dòng)連接有第二齒條，第二齒條的一側(cè)設(shè)有與其嚙合的第一齒輪，第一齒輪與轉(zhuǎn)軸的一端固定連接，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于滑塊內(nèi)，轉(zhuǎn)軸的另一端與第二齒輪固定連接，使第一齒輪與第二齒輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，水平滑槽內(nèi)滑動(dòng)設(shè)置有第一齒條，第一齒條與第二齒輪嚙合，第一齒條前端固定連接網(wǎng)格狀滑片。

22.優(yōu)選的，在第二齒條的中部固結(jié)有頂針，同時(shí)在豎直滑槽的內(nèi)壁處固結(jié)有第一彈簧，第一彈簧的前端固結(jié)有擋塊。

23.優(yōu)選的，所述啟動(dòng)電路包括第一電磁鐵，啟動(dòng)電路閉合后使第一電磁鐵通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引電化學(xué)氫泵開(kāi)關(guān)閉合驅(qū)動(dòng)電化學(xué)氫泵工作；

24.所述關(guān)閉電路包括第二電磁鐵，關(guān)閉電路閉合后使第二電磁鐵通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引電化學(xué)氫泵開(kāi)關(guān)打開(kāi)關(guān)停電化學(xué)氫泵。

25.優(yōu)選的，所述工作塔共有兩個(gè)且對(duì)稱的設(shè)置在中轉(zhuǎn)箱的兩側(cè)。

26.一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純方法，包括以下步驟：

27.第一步，從進(jìn)氣管通入經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮的原料氣，原料氣通過(guò)第一單向閥進(jìn)入到工作塔內(nèi)部；

28.第二步，原料氣首先經(jīng)過(guò)膜分離裝置進(jìn)行粗提純，經(jīng)過(guò)膜分離裝置的高壓滲透氣還可以通過(guò)第一排氣孔流入中轉(zhuǎn)箱，再?gòu)闹修D(zhuǎn)箱的第二出氣口進(jìn)入到膜分離裝置的第一空間，開(kāi)始重新過(guò)濾；

29.第三步，經(jīng)過(guò)膜分離裝置過(guò)濾的氣體通過(guò)第一隔板上的第一氣泵抽入到陽(yáng)極處，通過(guò)陽(yáng)極電網(wǎng)放電分解為氫離子，氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極，陰極電網(wǎng)放電使氫離子還原生成高純度氫氣，部分進(jìn)入陽(yáng)極處的氣體通過(guò)第二排氣孔流入中轉(zhuǎn)箱，再?gòu)闹修D(zhuǎn)箱的第二出氣口進(jìn)入到膜分離裝置的第一空間，開(kāi)始重新過(guò)濾；

30.第四步，當(dāng)?shù)诙蜗蜷y未通氣時(shí)，滑塊貼緊第二隔板，第二齒條上端露出滑塊上表面，頂針在擋塊上方，網(wǎng)格狀滑片對(duì)滑塊的豎直通孔封閉，滑塊的豎直通孔處于關(guān)閉狀態(tài)；

31.當(dāng)電化學(xué)氫泵排出的高純度氫氣通過(guò)第二單向閥流通時(shí)，第二隔板與滑塊之間的高純度氫氣增多，氣體推動(dòng)滑塊沿導(dǎo)向柱向上滑動(dòng)，推動(dòng)滑塊觸碰到工作塔上方內(nèi)壁時(shí)，滑塊按壓關(guān)閉按鈕，關(guān)閉按鈕上的第二導(dǎo)電條觸碰到關(guān)閉電路，關(guān)閉電路閉合通電，使電化學(xué)氫泵停止工作，高純度氫氣不再通過(guò)第二單向閥進(jìn)入到第二隔板上方；

32.滑塊觸碰到工作塔上方頂壁時(shí)，第二齒條向下滑動(dòng)，第二齒條上的頂針被推至擋塊下方，同時(shí)第一齒輪由于跟第二齒條嚙合，第一齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使第二齒輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第二齒輪又與第一齒條嚙合，使第一齒條滑動(dòng)，帶動(dòng)網(wǎng)格狀滑片滑動(dòng)，滑塊上的豎直通孔打開(kāi)，滑塊在重力作用下下行，高純度氫氣通過(guò)豎直通孔時(shí)經(jīng)過(guò)干燥劑除濕后排出；

33.由于滑塊下方不繼續(xù)供氣增壓，滑塊受到重力作用往下滑動(dòng)，關(guān)閉按鈕被第二彈簧頂出，關(guān)閉電路斷開(kāi)，滑塊下方的濕潤(rùn)氣體通過(guò)滑塊豎直通孔，經(jīng)過(guò)干燥劑的干燥，流向滑塊的上方，等待滑塊滑動(dòng)至下極限位置時(shí)，滑塊下方的濕潤(rùn)氣體逐漸流通至滑塊上方，經(jīng)過(guò)干燥，成為干燥的高純度氫氣；

34.第五步，滑塊受到重力滑動(dòng)至下極限位置時(shí)，第二齒條往上滑動(dòng)，經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)，使網(wǎng)格狀滑片對(duì)滑塊的縱向通孔關(guān)閉，滑塊按下啟動(dòng)按鈕，第一導(dǎo)電條觸碰到啟動(dòng)電路，啟動(dòng)電路閉合，使電化學(xué)氫泵重新開(kāi)始工作，高純度氫氣不斷地從第二單向閥進(jìn)入到第二隔板上方，濕潤(rùn)氣體推動(dòng)滑塊向上滑動(dòng)，滑塊上方的干燥氣體受到推動(dòng)，從第三單向閥單向排出到出氣管中。

35.優(yōu)選的，所述工作塔共有兩個(gè)且對(duì)稱的設(shè)置在中轉(zhuǎn)箱的兩側(cè)，其中一個(gè)工作塔的滑塊下行時(shí)，該工作塔內(nèi)的陽(yáng)極電網(wǎng)和陰極電網(wǎng)斷電，在第一隔板與質(zhì)子交換膜之間的高純度氫氣經(jīng)第二排氣孔、中轉(zhuǎn)箱進(jìn)入另一工作塔中的膜分離裝置。

36.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

37.本發(fā)明通過(guò)膜分離與電化學(xué)氫泵聯(lián)用工藝，用于分離和提純含氫混合氣的氫氣。在該工藝中，含氫混合氣經(jīng)過(guò)膜分離裝置得到富氫低壓滲透氣，該氣體在電化學(xué)氫泵中發(fā)生氫氣氧化為氫離子、氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜及氫氣還原反應(yīng)，經(jīng)脫濕過(guò)程形成高純度、高壓力的氫氣。

38.在本工藝方法中的膜分離裝置中，可通過(guò)設(shè)置多層分離膜，保障氫氣的提純濃度。同時(shí)還可以通過(guò)兩個(gè)工作塔同時(shí)進(jìn)行膜過(guò)濾，加快效率。在膜過(guò)濾中添加回路，使提純后的氣體再次提純，效率增加，節(jié)約原料。通過(guò)除濕裝置對(duì)濕潤(rùn)的高濃度的濕潤(rùn)氫氣進(jìn)行干燥，干燥效果明顯。

附圖說(shuō)明

39.圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

40.圖2為本發(fā)明工作塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

41.圖3為本發(fā)明中轉(zhuǎn)箱示意圖；

42.圖4為本發(fā)明滑塊的俯視圖；

43.圖5為本發(fā)明滑塊的側(cè)剖視圖；

44.圖6為圖5中第一齒輪部分放大示意圖；

45.圖7為第一齒輪和第二齒輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接示意圖；

46.圖8為本發(fā)明滑塊內(nèi)部示意圖；

47.圖9為本發(fā)明滑塊豎直通孔內(nèi)部示意圖；

48.圖10為本發(fā)明啟動(dòng)按鈕與啟動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

49.圖11為本發(fā)明關(guān)閉按鈕與關(guān)閉電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

50.圖12為本發(fā)明電化學(xué)氫泵通斷電控制裝置的電路關(guān)系圖；

51.圖中：1-進(jìn)氣管，2-出氣管，3-第一單向閥，4-工作塔，5-分離膜，6-第一出氣口，7-第二出氣口，8-第一隔板，9-第一氣泵，10-陽(yáng)極電網(wǎng)，11-質(zhì)子交換膜，12-陰極電網(wǎng)，13-第二隔板，14-第二單向閥，15-啟動(dòng)按鈕，16-滑塊，17-關(guān)閉按鈕，18-第三單向閥，19-導(dǎo)向柱，20-中轉(zhuǎn)箱，21-第一齒條，22-第二齒條，23-第一齒輪，24-第二齒輪，25-網(wǎng)格狀滑片，26-轉(zhuǎn)軸，27-水平滑槽，28-頂針，29-擋塊，30-第一彈簧，31-干燥劑，32-下通氣膜，33-上通氣膜，34-啟動(dòng)電路，35-第二彈簧，36-圓形墊圈，37-第一導(dǎo)電條，38-關(guān)閉電路，39-第一排氣孔，40-第二排氣孔，41-第二導(dǎo)電條，42-第一電磁鐵，43-第二電磁鐵，44-電化學(xué)氫泵開(kāi)關(guān),45-豎直滑槽，46-豎直通孔。

具體實(shí)施方式

52.下面將結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

53.實(shí)施例1

54.請(qǐng)參閱圖1至圖，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純裝置，其包括：工作塔4和中轉(zhuǎn)箱20。

55.在工作塔4下方進(jìn)口處連通有進(jìn)氣管1，工作塔4的下方進(jìn)口處固定有第一單向閥3，在工作塔4的上方出口處連通有出氣管2，工作塔4的上方出口處固定有第三單向閥18，工作塔4的內(nèi)部從下往上依次設(shè)置有膜分離裝置、電化學(xué)氫泵裝置、除濕裝置；通過(guò)膜分離與電化學(xué)氫泵聯(lián)用工藝來(lái)分離和提純?cè)蠚庵械臍錃狻?br />
56.膜分離裝置包括三層鋪設(shè)在工作塔4內(nèi)部下端的分離膜5，膜分離裝置被分離膜5分割為4個(gè)空間；原料氣可依次經(jīng)過(guò)三層分離膜5進(jìn)行過(guò)濾，提高過(guò)濾的效果。

57.在膜分離裝置與電化學(xué)氫泵裝置之間固定有第一隔板8，第一隔板8表面的中心通孔處固定有第一氣泵9，第一氣泵9可以將經(jīng)過(guò)膜過(guò)濾的氣體抽入到電化學(xué)氫泵裝置中進(jìn)行進(jìn)一步提純。

58.電化學(xué)氫泵裝置包括陽(yáng)極電網(wǎng)10、陰極電網(wǎng)12、質(zhì)子交換膜11，在第一隔板8的上方裝有水，陽(yáng)極電網(wǎng)10和陰極電網(wǎng)12均固定在工作塔4內(nèi)壁上且浸泡在水中，質(zhì)子交換膜11固定安裝在陽(yáng)極電網(wǎng)10與陰極電網(wǎng)12之間，陽(yáng)極電網(wǎng)10位于質(zhì)子交換膜11下側(cè)，陰極電網(wǎng)12位于質(zhì)子交換膜11上側(cè)；經(jīng)過(guò)膜分離裝置過(guò)濾的氣體通過(guò)第一隔板8上的第一氣泵9抽入到陽(yáng)極處，通過(guò)陽(yáng)極電網(wǎng)10放電分解為氫離子，氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜11進(jìn)入陰極，陰極電網(wǎng)12放電使氫離子還原生成高純度氫氣。

59.在工作塔4的一側(cè)設(shè)置中轉(zhuǎn)箱20，用于將經(jīng)過(guò)膜分離和進(jìn)入電化學(xué)氫泵裝置陽(yáng)極區(qū)的混合氣返回至膜分離裝置；中轉(zhuǎn)箱20的下方第一出氣口6與進(jìn)氣管1連通，且在其第一出氣口6處固定有第五單向閥，中轉(zhuǎn)箱20下端側(cè)壁上的第二出氣口7連通至膜分離裝置的第一空間，且在其第二出氣口7處固定有第六單向閥；在膜分離裝置上開(kāi)設(shè)有不少于一個(gè)第一排氣孔39，每個(gè)第一排氣孔39分別與去除第一空間的其他空間連通，第一排氣孔39的數(shù)量與分離膜5的數(shù)量一致，第一排氣孔39與中轉(zhuǎn)箱20連通且在第一排氣孔39處設(shè)置有第四單向閥，在第一隔板8與質(zhì)子交換膜11之間陽(yáng)極區(qū)內(nèi)的工作塔4側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有第二排氣孔40，第二排氣孔40與中轉(zhuǎn)箱20連通且在第二排氣孔40處設(shè)置有第七單向閥。

60.其中氣體可從中轉(zhuǎn)箱20內(nèi)通過(guò)第六單向閥單向排出，氣體可通過(guò)第四單向閥和第七單向閥從工作塔4內(nèi)部流通至中轉(zhuǎn)箱20內(nèi)部。

61.除濕裝置設(shè)置在電化學(xué)氫泵裝置的上方，用于干燥提純后濕潤(rùn)的氫氣，其包括第二隔板13，第二隔板13固定安裝在質(zhì)子交換膜11上方，其表面中心對(duì)稱的設(shè)有兩個(gè)通孔，且在該通孔處固定裝有第二單向閥14；在第二隔板13的上端中心處固結(jié)有導(dǎo)向柱19，導(dǎo)向柱19的上端固定在工作塔4的頂壁上，在導(dǎo)向柱19上滑動(dòng)連接有滑塊16，滑塊16的側(cè)壁與工作塔4內(nèi)壁貼緊；在滑塊16的豎直方向開(kāi)設(shè)有多個(gè)豎直通孔46，豎直通孔46內(nèi)部從上到下依次固定有上通氣膜33和下通氣膜32，在上通氣膜33和下通氣膜32之間盛放有干燥劑31；

62.在滑塊16上還設(shè)置有開(kāi)合裝置，開(kāi)合裝置用于在滑塊16碰觸到第二隔板13時(shí)閉合豎直通孔46，在滑塊16碰觸到工作塔4頂壁時(shí)導(dǎo)通豎直通孔46。該開(kāi)合裝置包括與滑塊16上的豎直通孔46對(duì)應(yīng)設(shè)置的網(wǎng)格狀滑片25，在滑塊16內(nèi)部水平設(shè)有水平滑槽27，網(wǎng)格狀滑片25滑動(dòng)設(shè)置在水平滑槽27內(nèi)；在滑塊16的豎直方向開(kāi)設(shè)有豎直滑槽45，豎直滑槽45內(nèi)滑動(dòng)連接有第二齒條22，第二齒條22的一側(cè)設(shè)有與其嚙合的第一齒輪23，第一齒輪23與轉(zhuǎn)軸26的一端固定連接，轉(zhuǎn)軸26轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于滑塊16內(nèi)，轉(zhuǎn)軸26的另一端與第二齒輪24固定連接，使第一齒輪23與第二齒輪24同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，水平滑槽27內(nèi)滑動(dòng)設(shè)置有第一齒條21，第一齒條21與第二齒輪24嚙合，第一齒條21前端固定連接網(wǎng)格狀滑片25。在第二齒條22的中部固結(jié)有頂針28，同時(shí)在豎直滑槽45的內(nèi)壁處固結(jié)有第一彈簧30，第一彈簧30的前端固結(jié)有擋塊29。

63.電化學(xué)氫泵通斷電控制裝置，其包括關(guān)閉電路38的關(guān)閉按鈕17和啟動(dòng)電路34的啟動(dòng)按鈕15；

64.啟動(dòng)按鈕15設(shè)置于第二隔板13上表面槽內(nèi)，啟動(dòng)按鈕15的下端固定有第二彈簧35，第二彈簧35的下端固定有圓形墊圈36，圓形墊圈36固定安裝在槽內(nèi)，啟動(dòng)按鈕15的底部中心處固定有第一導(dǎo)電條37，在槽的最底部固定有啟動(dòng)電路34，當(dāng)啟動(dòng)按鈕15按下時(shí)，第一導(dǎo)電條37觸碰到啟動(dòng)電路34，整個(gè)啟動(dòng)電路34閉合驅(qū)動(dòng)電化學(xué)氫泵工作；

65.關(guān)閉按鈕17設(shè)置于工作塔4上方內(nèi)壁處，內(nèi)設(shè)置有關(guān)閉電路38，關(guān)閉按鈕17的安裝方式與啟動(dòng)按鈕15相同，在關(guān)閉按鈕17的上端中心處固定有第二導(dǎo)電條41，當(dāng)關(guān)閉按鈕17

按下時(shí)，第二導(dǎo)電條41觸碰到關(guān)閉電路38，整個(gè)關(guān)閉電路38閉合關(guān)停電化學(xué)氫泵。

66.啟動(dòng)電路34包括第一電磁鐵42，啟動(dòng)電路34閉合后使第一電磁鐵42通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引電化學(xué)氫泵開(kāi)關(guān)44閉合；

67.所述關(guān)閉電路38包括第二電磁鐵43，關(guān)閉電路38閉合后使第二電磁鐵43通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引電化學(xué)氫泵開(kāi)關(guān)44打開(kāi)。

68.實(shí)施例2

69.該工作塔4共有兩個(gè)且對(duì)稱的設(shè)置在中轉(zhuǎn)箱20的兩側(cè)。兩個(gè)工作塔4中的電化學(xué)氫泵交替工作，可以使高純度的干燥氫氣源源不斷的產(chǎn)出。當(dāng)左側(cè)工作塔(4)的滑塊(16)下行時(shí)，左側(cè)工作塔4中的電化學(xué)氫泵關(guān)閉，兩個(gè)工作塔4下方的膜過(guò)濾系統(tǒng)是繼續(xù)工作的。過(guò)濾的氣體通過(guò)中轉(zhuǎn)箱20或者直接排入至右側(cè)工作塔4的電化學(xué)氫泵裝置中，提高了膜過(guò)濾系統(tǒng)的使用率。當(dāng)右側(cè)工作塔(4)的滑塊(16)下行時(shí)，右側(cè)工作塔4中的電化學(xué)氫泵關(guān)閉，兩個(gè)工作塔4下方的膜過(guò)濾系統(tǒng)是繼續(xù)工作的。過(guò)濾的氣體通過(guò)中轉(zhuǎn)箱20或者直接排入至左側(cè)工作塔4的電化學(xué)氫泵裝置中，提高了膜過(guò)濾系統(tǒng)的使用率。

70.一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純方法，包括以下步驟：

71.第一步，從進(jìn)氣管1通入經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮的原料氣，原料氣通過(guò)第一單向閥3進(jìn)入到工作塔4內(nèi)部；

72.第二步，原料氣首先經(jīng)過(guò)膜分離裝置進(jìn)行粗提純，經(jīng)過(guò)膜分離裝置的高壓滲透氣還可以通過(guò)第一排氣孔39流入中轉(zhuǎn)箱20，再?gòu)闹修D(zhuǎn)箱20的第二出氣口7進(jìn)入到膜分離裝置的第一空間，開(kāi)始重新過(guò)濾；

73.第三步，經(jīng)過(guò)膜分離裝置過(guò)濾的氣體通過(guò)第一隔板8上的第一氣泵9抽入到陽(yáng)極處，通過(guò)陽(yáng)極電網(wǎng)10放電分解為氫離子，氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜11進(jìn)入陰極，陰極電網(wǎng)12放電使氫離子還原生成高純度氫氣，部分進(jìn)入陽(yáng)極處的氣體通過(guò)第二排氣孔40流入中轉(zhuǎn)箱20，再?gòu)闹修D(zhuǎn)箱20的第二出氣口7進(jìn)入到膜分離裝置的第一空間，開(kāi)始重新過(guò)濾；

74.第四步，當(dāng)?shù)诙蜗蜷y14未通氣時(shí)，滑塊16貼緊第二隔板13，第二齒條22，上端露出滑塊16上表面，頂針28在擋塊29上方，網(wǎng)格狀滑片25對(duì)滑塊16的豎直通孔46封閉，滑塊16的豎直通孔46處于關(guān)閉狀態(tài)；

75.當(dāng)電化學(xué)氫泵排出的高純度氫氣通過(guò)第二單向閥14流通時(shí)，第二隔板13與滑塊16之間的高純度氫氣增多，氣體推動(dòng)滑塊16沿導(dǎo)向柱19向上滑動(dòng)，推動(dòng)滑塊16觸碰到工作塔4上方內(nèi)壁時(shí)，滑塊16按壓關(guān)閉按鈕17，關(guān)閉按鈕17上的第二導(dǎo)電條41觸碰到關(guān)閉電路38，關(guān)閉電路38閉合通電，使電化學(xué)氫泵停止工作，高純度氫氣不再通過(guò)第二單向閥14進(jìn)入到第二隔板13上方；

76.滑塊16觸碰到工作塔4上方頂壁時(shí)，第二齒條22向下滑動(dòng)，第二齒條22上的頂針28被推至擋塊29下方，同時(shí)第一齒輪23由于跟第二齒條22嚙合，第一齒輪23轉(zhuǎn)動(dòng)，使第二齒輪24同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第二齒輪24又與第一齒條21嚙合，使第一齒條21滑動(dòng)，帶動(dòng)網(wǎng)格狀滑片25滑動(dòng)，滑塊16上的豎直通孔46打開(kāi)，滑塊16在重力作用下下行，高純度氫氣通過(guò)豎直通孔46時(shí)經(jīng)過(guò)干燥劑31除濕后排出；

77.由于滑塊16下方不繼續(xù)供氣增壓，滑塊16受到重力作用往下滑動(dòng)，關(guān)閉按鈕17被第二彈簧35頂出，關(guān)閉電路38斷開(kāi)，滑塊16下方的濕潤(rùn)氣體通過(guò)滑塊16豎直通孔46，經(jīng)過(guò)干燥劑31的干燥，流向滑塊16的上方，等待滑塊16滑動(dòng)至下極限位置時(shí)，滑塊16下方的濕潤(rùn)氣

體逐漸流通至滑塊16上方，經(jīng)過(guò)干燥，成為干燥的高純度氫氣；

78.第五步，滑塊16受到重力滑動(dòng)至下極限位置時(shí)，第二齒條22往上滑動(dòng)，經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)，使網(wǎng)格狀滑片25對(duì)滑塊16的縱向通孔關(guān)閉，滑塊16按下啟動(dòng)按鈕15，第一導(dǎo)電條37觸碰到啟動(dòng)電路34，啟動(dòng)電路34閉合，使電化學(xué)氫泵重新開(kāi)始工作，高純度氫氣不斷地從第二單向閥14進(jìn)入到第二隔板13上方，濕潤(rùn)氣體推動(dòng)滑塊16向上滑動(dòng)，滑塊16上方的干燥氣體受到推動(dòng)，從第三單向閥18單向排出到出氣管2中。

79.盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。技術(shù)特征：

1.一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純裝置，其特征在于，其包括：工作塔(4)，在工作塔(4)下方進(jìn)口處連通有進(jìn)氣管(1)，工作塔(4)的下方進(jìn)口處固定有第一單向閥(3)，在工作塔(4)的上方出口處連通有出氣管(2)，工作塔(4)的上方出口處固定有第三單向閥(18)；工作塔(4)的內(nèi)部從下往上依次設(shè)置有膜分離裝置、電化學(xué)氫泵裝置、除濕裝置；膜分離裝置包括至少一層鋪設(shè)在工作塔(4)內(nèi)部下端的分離膜(5)，膜分離裝置被分離膜(5)分割為若干空間；在膜分離裝置與電化學(xué)氫泵裝置之間固定有第一隔板(8)，第一隔板(8)表面的中心通孔處固定有第一氣泵(9)；電化學(xué)氫泵裝置包括陽(yáng)極電網(wǎng)(10)、陰極電網(wǎng)(12)、質(zhì)子交換膜(11)，在第一隔板(8)的上方裝有水，陽(yáng)極電網(wǎng)(10)和陰極電網(wǎng)(12)均固定在工作塔(4)內(nèi)壁上且浸泡在水中，質(zhì)子交換膜(11)固定安裝在陽(yáng)極電網(wǎng)(10)與陰極電網(wǎng)(12)之間，陽(yáng)極電網(wǎng)(10)位于質(zhì)子交換膜(11)下側(cè)，陰極電網(wǎng)(12)位于質(zhì)子交換膜(11)上側(cè)；中轉(zhuǎn)箱(20)，其設(shè)置在工作塔(4)的一側(cè)，用于將經(jīng)過(guò)膜分離和進(jìn)入電化學(xué)氫泵裝置陽(yáng)極區(qū)的混合氣返回至膜分離裝置；除濕裝置包括第二隔板(13)，第二隔板(13)固定安裝在質(zhì)子交換膜(11)上方，其表面中心對(duì)稱的設(shè)有兩個(gè)通孔，且在該通孔處固定裝有第二單向閥(14)；在第二隔板(13)的上端中心處固結(jié)有導(dǎo)向柱(19)，導(dǎo)向柱(19)的上端固定在工作塔(4)的頂壁上，在導(dǎo)向柱(19)上滑動(dòng)連接有滑塊(16)，滑塊(16)的側(cè)壁與工作塔(4)內(nèi)壁貼緊；在滑塊(16)的豎直方向開(kāi)設(shè)有多個(gè)豎直通孔(46)，豎直通孔(46)內(nèi)部從上到下依次固定有上通氣膜(33)和下通氣膜(32)，在上通氣膜(33)和下通氣膜(32)之間盛放有干燥劑(31)；在滑塊(16)上還設(shè)置有開(kāi)合裝置，開(kāi)合裝置用于在滑塊(16)碰觸到第二隔板(13)時(shí)閉合豎直通孔(46)，在滑塊(16)碰觸到工作塔(4)頂壁時(shí)導(dǎo)通豎直通孔(46)；電化學(xué)氫泵通斷電控制裝置，其包括關(guān)閉電路(38)的關(guān)閉按鈕(17)和啟動(dòng)電路(34)的啟動(dòng)按鈕(15)；啟動(dòng)按鈕(15)設(shè)置于第二隔板(13)上表面槽內(nèi)，啟動(dòng)按鈕(15)的下端固定有第二彈簧(35)，第二彈簧(35)的下端固定有圓形墊圈(36)，圓形墊圈(36)固定安裝在槽內(nèi)，啟動(dòng)按鈕(15)的底部中心處固定有第一導(dǎo)電條(37)，在槽的最底部固定有啟動(dòng)電路(34)，當(dāng)啟動(dòng)按鈕(15)按下時(shí)，第一導(dǎo)電條(37)觸碰到啟動(dòng)電路(34)，整個(gè)啟動(dòng)電路(34)閉合驅(qū)動(dòng)電化學(xué)氫泵工作；關(guān)閉按鈕(17)設(shè)置于工作塔(4)上方內(nèi)壁處，內(nèi)設(shè)置有關(guān)閉電路(38)，關(guān)閉按鈕(17)的安裝方式與啟動(dòng)按鈕(15)相同，在關(guān)閉按鈕(17)的上端中心處固定有第二導(dǎo)電條(41)，當(dāng)關(guān)閉按鈕(17)按下時(shí)，第二導(dǎo)電條(41)觸碰到關(guān)閉電路(38)，整個(gè)關(guān)閉電路(38)閉合關(guān)停電化學(xué)氫泵。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純裝置，其特征在于：所述中轉(zhuǎn)箱(20)的下方第一出氣口(6)與進(jìn)氣管(1)連通，且在其第一出氣口(6)處固定有第五單向閥，中轉(zhuǎn)箱(20)下端側(cè)壁上的第二出氣口(7)連通至膜分離裝置的第一空間，且在其第二出氣口(7)處固定有第六單向閥；在膜分離裝置上開(kāi)設(shè)有不少于一個(gè)第一排氣孔(39)，每個(gè)第一排氣孔(39)分別與去除

第一空間的其他空間連通，第一排氣孔(39)與中轉(zhuǎn)箱(20)連通且在第一排氣孔(39)處設(shè)置有第四單向閥，在第一隔板(8)與質(zhì)子交換膜(11)之間陽(yáng)極區(qū)內(nèi)的工作塔(4)側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有第二排氣孔(40)，第二排氣孔(40)與中轉(zhuǎn)箱(20)連通且在第二排氣孔(40)處設(shè)置有第七單向閥。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純裝置，其特征在于：所述膜分離裝置包括一層分離膜(5)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純裝置，其特征在于：所述膜分離裝置包括3層分離膜(5)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純裝置，其特征在于：所述開(kāi)合裝置包括與滑塊(16)上的豎直通孔(46)對(duì)應(yīng)設(shè)置的網(wǎng)格狀滑片(25)，在滑塊(16)內(nèi)部水平設(shè)有水平滑槽(27)，網(wǎng)格狀滑片(25)滑動(dòng)設(shè)置在水平滑槽(27)內(nèi)；在滑塊(16)的豎直方向開(kāi)設(shè)有豎直滑槽(45)，豎直滑槽(45)內(nèi)滑動(dòng)連接有第二齒條(22)，第二齒條(22)的一側(cè)設(shè)有與其嚙合的第一齒輪(23)，第一齒輪(23)與轉(zhuǎn)軸(26)的一端固定連接，轉(zhuǎn)軸(26)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于滑塊(16)內(nèi)，轉(zhuǎn)軸(26)的另一端與第二齒輪(24)固定連接，使第一齒輪(23)與第二齒輪(24)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，水平滑槽(27)內(nèi)滑動(dòng)設(shè)置有第一齒條(21)，第一齒條(21)與第二齒輪(24)嚙合，第一齒條(21)前端固定連接網(wǎng)格狀滑片(25)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純裝置，其特征在于：在第二齒條(22)的中部固結(jié)有頂針(28)，同時(shí)在豎直滑槽(45)的內(nèi)壁處固結(jié)有第一彈簧(30)，第一彈簧(30)的前端固結(jié)有擋塊(29)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純裝置，其特征在于：所述啟動(dòng)電路(34)包括第一電磁鐵(42)，啟動(dòng)電路(34)閉合后使第一電磁鐵(42)通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引電化學(xué)氫泵開(kāi)關(guān)(44)閉合驅(qū)動(dòng)電化學(xué)氫泵工作；所述關(guān)閉電路(38)包括第二電磁鐵(43)，關(guān)閉電路(38)閉合后使第二電磁鐵(43)通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引電化學(xué)氫泵開(kāi)關(guān)(44)打開(kāi)關(guān)停電化學(xué)氫泵。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純裝置，其特征在于：所述工作塔(4)共有兩個(gè)且對(duì)稱的設(shè)置在中轉(zhuǎn)箱(20)的兩側(cè)。9.一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純方法，使用權(quán)利要求8所述的一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純裝置，其特征在于，包括以下步驟：第一步，從進(jìn)氣管(1)通入經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮的原料氣，原料氣通過(guò)第一單向閥(3)進(jìn)入到工作塔(4)內(nèi)部；第二步，原料氣首先經(jīng)過(guò)膜分離裝置進(jìn)行粗提純，經(jīng)過(guò)膜分離裝置的高壓滲透氣還可以通過(guò)第一排氣孔(39)流入中轉(zhuǎn)箱(20)，再?gòu)闹修D(zhuǎn)箱(20)的第二出氣口(7)進(jìn)入到膜分離裝置的第一空間，開(kāi)始重新過(guò)濾；第三步，經(jīng)過(guò)膜分離裝置過(guò)濾的氣體通過(guò)第一隔板(8)上的第一氣泵(9)抽入到陽(yáng)極處，通過(guò)陽(yáng)極電網(wǎng)(10)放電分解為氫離子，氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜(11)進(jìn)入陰極，陰極電網(wǎng)(12)放電使氫離子還原生成高純度氫氣，部分進(jìn)入陽(yáng)極處的氣體通過(guò)第二排氣孔(40)流入中轉(zhuǎn)箱(20)，再?gòu)闹修D(zhuǎn)箱(20)的第二出氣口(7)進(jìn)入到膜分離裝置的第一空間，開(kāi)始重新過(guò)濾；第四步，當(dāng)?shù)诙蜗蜷y(14)未通氣時(shí)，滑塊(16)貼緊第二隔板(13)，第二齒條(22)上端

露出滑塊(16)上表面，頂針(28)在擋塊(29)上方，網(wǎng)格狀滑片(25)對(duì)滑塊(16)的豎直通孔(46)封閉，滑塊(16)的豎直通孔(46)處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)電化學(xué)氫泵排出的高純度氫氣通過(guò)第二單向閥(14)流通時(shí)，第二隔板(13)與滑塊(16)之間的高純度氫氣增多，氣體推動(dòng)滑塊(16)沿導(dǎo)向柱(19)向上滑動(dòng)，推動(dòng)滑塊(16)觸碰到工作塔(4)上方內(nèi)壁時(shí)，滑塊(16)按壓關(guān)閉按鈕(17)，關(guān)閉按鈕(17)上的第二導(dǎo)電條(41)觸碰到關(guān)閉電路(38)，關(guān)閉電路(38)閉合通電，使電化學(xué)氫泵停止工作，高純度氫氣不再通過(guò)第二單向閥(14)進(jìn)入到第二隔板(13)上方；滑塊(16)觸碰到工作塔(4)上方頂壁時(shí)，第二齒條(22)向下滑動(dòng)，第二齒條(22)上的頂針(28)被推至擋塊(29)下方，同時(shí)第一齒輪(23)由于跟第二齒條(22)嚙合，第一齒輪(23)轉(zhuǎn)動(dòng)，使第二齒輪(24)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第二齒輪(24)又與第一齒條(21)嚙合，使第一齒條(21)滑動(dòng)，帶動(dòng)網(wǎng)格狀滑片(25)滑動(dòng)，滑塊(16)上的豎直通孔(46)打開(kāi)，滑塊(16)在重力作用下下行，高純度氫氣通過(guò)豎直通孔(46)時(shí)經(jīng)過(guò)干燥劑(31)除濕后排出；由于滑塊(16)下方不繼續(xù)供氣增壓，滑塊(16)受到重力作用往下滑動(dòng)，關(guān)閉按鈕(17)被第二彈簧(35)頂出，關(guān)閉電路(38)斷開(kāi)，滑塊(16)下方的濕潤(rùn)氣體通過(guò)滑塊(16)豎直通孔(46)，經(jīng)過(guò)干燥劑(31)的干燥，流向滑塊(16)的上方，等待滑塊(16)滑動(dòng)至下極限位置時(shí)，滑塊(16)下方的濕潤(rùn)氣體逐漸流通至滑塊(16)上方，經(jīng)過(guò)干燥，成為干燥的高純度氫氣；第五步，滑塊(16)受到重力滑動(dòng)至下極限位置時(shí)，第二齒條(22)往上滑動(dòng)，經(jīng)過(guò)齒輪傳動(dòng)，使網(wǎng)格狀滑片(25)對(duì)滑塊(16)的縱向通孔關(guān)閉，滑塊(16)按下啟動(dòng)按鈕(15)，第一導(dǎo)電條(37)觸碰到啟動(dòng)電路(34)，啟動(dòng)電路(34)閉合，使電化學(xué)氫泵重新開(kāi)始工作，高純度氫氣不斷地從第二單向閥(14)進(jìn)入到第二隔板(13)上方，濕潤(rùn)氣體推動(dòng)滑塊(16)向上滑動(dòng)，滑塊(16)上方的干燥氣體受到推動(dòng)，從第三單向閥(18)單向排出到出氣管(2)中。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于含氫混合氣的氫氣分離提純方法，其特征在于，所述工作塔(4)共有兩個(gè)且對(duì)稱的設(shè)置在中轉(zhuǎn)箱(20)的兩側(cè)，其中一個(gè)工作塔(4)的滑塊(16)下行時(shí)，該工作塔(4)內(nèi)的陽(yáng)極電網(wǎng)(10)和陰極電網(wǎng)(12)斷電，在第一隔板(8)與質(zhì)子交換膜(11)之間的高純度氫氣經(jīng)第二排氣孔(40)、中轉(zhuǎn)箱(20)進(jìn)入另一工作塔(4)中的膜分離裝置。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于含氫混合氣的氫氣分離提純裝置與方法。包括工作塔和中轉(zhuǎn)箱，在工作塔下方進(jìn)口處連通有進(jìn)氣管，工作塔的下方進(jìn)口處固定有第一單向閥，在工作塔的上方出口處連通有出氣管，工作塔的上方出口處固定有第三單向閥；工作塔的內(nèi)部從下往上依次設(shè)置有膜分離裝置、電化學(xué)氫泵裝置、除濕裝置；通過(guò)膜分離與電化學(xué)氫泵聯(lián)用工藝來(lái)分離和提純?cè)蠚庵械臍錃?，在本工藝方法中的膜分離裝置中，可通過(guò)設(shè)置多層分離膜，保障氫氣的提純濃度，同時(shí)還可以通過(guò)兩個(gè)工作塔同時(shí)進(jìn)行膜過(guò)濾，加快效率，在膜過(guò)濾中添加回路，使提純后的氣體再次提純，效率增加，節(jié)約原料，通過(guò)除濕裝置對(duì)濕潤(rùn)的高濃度的濕潤(rùn)氫氣進(jìn)行干燥，干燥效果明顯。顯。

技術(shù)研發(fā)人員：周振華 仝淑月 王怡 李光 李冬林 高繼峰 戚興興 郭東耀

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中石化中原石油工程設(shè)計(jì)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2020.12.29

技術(shù)公布日：2022/6/30