氢气纯化系统及控制方法

技术领域

本发明涉及氢气纯化技术领域，具体涉及一种氢气纯化系统及控制方法。

背景技术

氢气纯化系统用于连接电解水制氢设备以对电解水制氢设备制备的氢气进行脱水纯化。相关技术中，氢气纯化系统包括氢气预干燥塔、氢气第一干燥塔和氢气第二干燥塔，氢气第一干燥塔与氢气第二干燥塔能交替进行干燥纯化工作，氢气预干燥塔则能对停止干燥纯化的一个干燥塔内的分子筛进行再生，从而使氢气纯化连续进行。但是相关技术中的氢气纯化系统需要电解水制氢设备制备的氢气以恒定且不间断的流量进入，当电解水制氢设备采用可再生能源时，例如采用光伏能源进行电解水制氢时，电解水制氢设备制备的氢气存在流量波动，甚至具有间歇性，此时相关技术中的氢气纯化系统无法适用。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种氢气纯化系统，该氢气纯化系统的氢气需求量可调，从而能够适应氢气产量具有波动性或间歇性的电解水制氢设备。

本发明的实施例还提出一种氢气纯化系统的控制方法。

本发明实施例的氢气纯化系统包括进气组件、再生状态切换管路、第一干燥装置、第二干燥装置和第三干燥装置，所述进气组件具有第一支路和第二支路，所述再生状态切换管路包括串联的第一阀门和加热器，以及与所述第一阀门和所述加热器两者并联的第二阀门；

所述第一干燥装置、第二干燥装置和第三干燥装置中的每一个均包括：

干燥塔；

干燥进气阀，所述干燥进气阀连接所述干燥塔和所述第一支路，以用于控制所述第一支路与所述干燥塔的通断；

干燥排气阀，所述干燥排气阀与所述干燥塔相连以用于将经所述干燥塔干燥后的氢气排出；

辅助进气阀，所述辅助进气阀连接所述干燥塔和所述第二支路，以用于控制所述第二支路与所述干燥塔的通断；

辅助排气阀，所述辅助排气阀连接所述干燥塔和所述再生状态切换管路的进气端，以用于控制所述干燥塔与所述再生状态切换管路的通断；

再生进气阀，所述再生进气阀连接所述干燥塔和所述再生状态切换管路的出气端，以用于控制所述再生状态切换管路与所述干燥塔的通断；

再生排气阀，所述再生排气阀连接所述干燥塔和所述进气组件，以用于控制所述干燥塔和所述进气组件的通断，且所述再生排气阀位于所述干燥进气阀的上游。

本发明实施例的氢气纯化系统能够通过对应阀门的启闭使第一干燥装置、第二干燥装置和第三干燥装置在同一时间内分别处于干燥状态、辅助状态和再生状态，并能够通过再生状态切换管路调整再生状态的具体阶段，且在处于干燥状态的干燥装置运行时，处于辅助状态和再生状态的干燥装置可进行待机，使本发明实施例的氢气纯化系统能够适用于氢气产量具有波动性或间歇性的电解水制氢设备。

在一些实施例中，所述第一干燥装置、所述第二干燥装置和所述第三干燥装置中的每一者具有干燥状态、辅助状态和再生状态，在所述干燥状态，氢气由所述干燥进气阀进入所述干燥塔并由所述干燥排气阀排出，在所述辅助状态，氢气由所述辅助进气阀进入所述干燥塔并由所述辅助排气阀排出，在所述再生状态，氢气由所述再生进气阀进入所述干燥塔并由所述再生排气阀排出，

其中，所述第一干燥装置、所述第二干燥装置和所述第三干燥装置中的一者处于所述干燥状态，

所述第一干燥装置、所述第二干燥装置和所述第三干燥装置中的另一者处于所述辅助状态，剩余一者处于所述再生状态；或者

所述第一干燥装置、所述第二干燥装置和所述第三干燥装置中的另一者和剩余一者均处于待机状态。

在一些实施例中，所述再生状态包括加热再生阶段和吹冷再生阶段，在所述加热再生阶段，所述第一阀门开启且所述第二阀门关闭，在所述吹冷再生阶段，所述第一阀门关闭且所述第二阀门开启。

在一些实施例中，所述氢气纯化系统还包括循环管路，所述循环管路的进气端与所述再生排气阀连通，所述循环管路的出气端与所述进气组件连通，所述循环管路上设有依次排布的第一冷却器和第一气水分离器，所述第一气水分离器用于将所述循环管路内的气体与液体分离。

在一些实施例中，所述氢气纯化系统还包括第一换热器，所述第一换热器与所述循环管路连通，且所述第一冷却器位于所述第一换热器的下游，所述第一换热器与所述再生状态切换管路连通且位于所述第一阀门的下游，所述第一换热器用于所述循环管路内的介质和所述再生状态切换管路内的介质进行热交换。

在一些实施例中，所述进气组件包括干燥进气管和辅助进气管，所述干燥进气管与所述第一支路和所述干燥进气阀连通以通过所述干燥进气阀向所述干燥塔提供氢气，所述辅助进气管与所述第二支路和所述辅助进气阀连通以通过所述辅助进气阀向所述干燥塔提供氢气，所述再生排气阀与所述干燥进气管连通以用于将所述干燥塔排出的氢气供入所述干燥进气管内。

在一些实施例中，所述干燥进气管的入口端设有调节阀，所述辅助进气管的入口端设有流量计。

在一些实施例中，所述氢气纯化系统还包括出气组件和氢气补偿管，所述出气组件包括：

出气管，所述出气管的入口端与所述干燥排气阀连通，以用于接收所述干燥塔干燥后排出的氢气；

压缩机，所述压缩机连通所述出气管，以用于将所述出气管排出的氢气压缩；和

储存装置，所述储存装置与所述压缩机连通，以用于接收并储存经所述压缩机压缩后的氢气；

所述氢气补偿管连通所述储存装置和所述辅助进气管，以用于储存装置内的氢气补充至所述辅助进气管。

在一些实施例中，所述出气管设有仪表出气口、纯气出口、废气出口以及分别对应所述纯气出口和所述废气出口的开关阀，所述压缩机与所述纯气出口连通，所述仪表出气口适于连接检测仪表以检测出气管排出的氢气为纯气或者废气，其中出气管排出的氢气为纯气时，出气管排出的氢气由纯气出口排出至所述压缩机，其中出气管排出的氢气为废气时，出气管排出的氢气由废气出口释放。

在一些实施例中，所述进气组件还包括依次连通的第二气水分离器、第二冷却器和第三气水分离器，所述第二气水分离器的入口端适于与电解水制氢设备连通，所述第三气水分离器的出口端连通所述干燥进气管和所述辅助进气管。

在一些实施例中，所述进气组件还包括第二换热器和脱氧器，所述脱氧器的入口端与所述第三气水分离器通过所述第二换热器连通，以使所述第三气水分离器排出的介质供入所述脱氧器，所述干燥进气管和所述辅助进气管两者与所述脱氧器的出口端通过所述第二换热器连通，以使所述脱氧器排出的介质供入所述干燥进气管和所述辅助进气管，所述第二换热器用于供入所述脱氧器的介质和所述脱氧器排出的介质进行热交换。

在一些实施例中，所述进气组件还包括依次连通的第三冷却器和第四气水分离器，所述第二换热器连通所述第三冷却器，所述第四气水分离器连通所述干燥进气管和所述辅助进气管。

本发明实施例的氢气纯化系统的控制方法基于上述任一项实施例所述的氢气纯化系统，所述控制方法包括：

控制所述第一干燥装置的所述干燥进气阀和所述干燥排气阀开启以处于干燥状态、所述第二干燥装置的所述再生进气阀和所述再生排气阀开启以处于再生状态以及所述第三干燥装置的所述辅助进气阀和所述辅助排气阀开启以处于辅助状态，并持续T1时间；

控制所述第一干燥装置的所述干燥进气阀和所述干燥排气阀开启以处于干燥状态、所述第二干燥装置的所述再生进气阀和所述再生排气阀转变为关闭以处于待机状态以及所述第三干燥装置的所述辅助进气阀和所述辅助排气阀转变为关闭以处于待机状态，并持续T2时间；

控制所述第一干燥装置的所述辅助进气阀和所述辅助排气阀开启以处于辅助状态、所述第二干燥装置的所述干燥进气阀和所述干燥排气阀开启以处于干燥状态以及所述第三干燥装置的所述再生进气阀和所述再生排气阀开启以处于再生状态，并持续T1时间；

控制所述第一干燥装置的所述辅助进气阀和所述辅助排气阀转为关闭以处于待机状态、所述第二干燥装置的所述干燥进气阀和所述干燥排气阀开启以处于干燥状态以及所述第三干燥装置的所述再生进气阀和所述再生排气阀转为关闭以处于待机状态，并持续T2时间；

控制所述第一干燥装置的所述再生进气阀和所述再生排气阀开启以处于再生状态、所述第二干燥装置的所述辅助进气阀和所述辅助排气阀开启以处于辅助状态以及所述第三干燥装置的所述干燥进气阀和所述干燥排气阀开启以处于干燥状态，并持续T1时间；

控制所述第一干燥装置的所述再生进气阀和所述再生排气阀转为关闭以处于待机状态、所述第二干燥装置的所述辅助进气阀和所述辅助排气阀转为关闭以处于待机状态以及所述第三干燥装置的所述干燥进气阀和所述干燥排气阀开启以处于干燥状态，并持续T2时间；

其中，T1和T2分别为大于0的常数，且T1大于T2。

本发明实施例的氢气纯化系统的控制方法使第一干燥装置、第二干燥装置和第三干燥装置在同一时间内分别处于干燥状态、辅助状态和再生状态，且在处于干燥状态的干燥装置运行时，处于辅助状态和再生状态的干燥装置可进行待机，以能够配合氢气产量具有波动性或间歇性的电解水制氢设备。

在一些实施例中，在所述T1时间内，

在0~t1时间段内，控制所述第一阀门开启且所述第二阀门关闭，以使处于所述再生状态的干燥装置处于所述加热再生阶段，电解水制氢设备的制氢量的50%及以下通入处于所述再生状态的干燥装置；

在t1~t2时间段内，控制所述第一阀门开启且所述第二阀门关闭，以使处于所述再生状态的干燥装置处于所述加热再生阶段，电解水制氢设备的制氢量的50%以上通入处于所述再生状态的干燥装置；

在t2~t3时间段内，控制所述第一阀门关闭且所述第二阀门开启，以使处于所述再生状态的干燥装置处于所述吹冷再生阶段，电解水制氢设备的制氢量的50%以上通入处于所述再生状态的干燥装置；

在t3~t4时间段内，控制所述第一阀门关闭且所述第二阀门开启，以使处于所述再生状态的干燥装置处于所述吹冷再生阶段，电解水制氢设备的制氢量的50%及以下通入处于所述再生状态的干燥装置；

其中，t1、t2、t3和t4分别为大于0的常数。

在一些实施例中，t1=t4-t3,t2-t1=t3-t2,t1＜t2-t1，t2≥t4/2。

在一些实施例中，所述氢气纯化系统在所述第一干燥装置处于所述干燥状态的所述T1时间+所述T2时间内存在中断或多次重启中断时，或者所述氢气纯化系统在所述第二干燥装置处于所述干燥状态的所述T1时间+所述T2时间内存在中断或多次重启中断时，或者所述氢气纯化系统在所述第三干燥装置处于所述干燥状态的所述T1时间+所述T2时间内存在中断或多次重启中断时，最后一次中断前处于所述干燥状态的干燥装置在最后一次切换至干燥状态后的累计运行时长值记为T0，最后一次中断前氢气纯化系统的干燥装置不间断运行时长值记为t0，T0和t0分别为大于0的常数；

在T0小于T1/2，且t0小于T1/2时，所述氢气纯化系统直接进入停机状态或者进行重启，其中

最后一次中断前处于所述干燥状态的干燥装置在所述氢气纯化系统重启后，重新进入所述干燥状态并持续T1+T2-T0时间，或者，重新进入所述干燥状态并在持续T1时间后进入停机状态；

最后一次中断前处于所述辅助状态的干燥装置在所述氢气纯化系统重启后，重新进入所述辅助状态并在持续T1时间后进入停机状态或待机T2-T0时间；

最后一次中断前处于所述再生状态的干燥装置在所述氢气纯化系统重启后，重新进入所述再生状态并在持续T1时间后进入停机状态或待机T2-T0时间；

在T0大于等于T1/2，且t0小于t3时，

所述储存装置在所述氢气纯化系统重启后向所述辅助进气管提供氢气，以使最后一次中断前处于所述再生状态的干燥装置继续进行最后一次中断前的再生状态并持续t5时间，并在t5+t0=t3时，最后一次中断前处于所述再生状态的干燥装置进入所述干燥状态，然后进入停机状态，其中，t5为大于0的常数；

在T0大于等于T1/2，且t0大于等于t3时，所述氢气纯化系统直接进入停机状态或者进行重启，其中

最后一次中断前处于所述再生状态的干燥装置在所述氢气纯化系统重启后进入所述干燥状态。

附图说明

图1是本发明实施例的氢气纯化系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的氢气纯化系统的使用状态示意图一；

图3是本发明实施例的氢气纯化系统的使用状态示意图二；

图4是本发明实施例的氢气纯化系统的使用状态示意图三；

图5是本发明实施例的氢气纯化系统的使用状态示意图四；

图6是本发明实施例的氢气纯化系统的使用状态示意图五；

图7是本发明实施例的氢气纯化系统的使用状态示意图六；

图8是本发明实施例的氢气纯化系统的使用状态示意图七。

附图标记：

1.进气组件；11.干燥进气管；12.辅助进气管；13.第二气水分离器；14.第二冷却器；15.第三气水分离器；16.第二换热器；17.脱氧器；18.第三冷却器；19.第四气水分离器；2.再生状态切换管路；21.第一阀门；22.加热器；23.第二阀门；3.第一干燥装置；31.干燥塔；32.干燥进气阀；33.干燥排气阀；34.辅助进气阀；35.辅助排气阀；36.再生进气阀；37.再生排气阀；4.第二干燥装置；5.第三干燥装置；6.循环管路；61.第一冷却器；62.第一气水分离器；7.第一换热器；8.出气组件；81.出气管；811.仪表出气口；812.废气出口；82.压缩机；83.储存装置；9.氢气补偿管；100.电解水制氢设备。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图1－附图8描述根据发明实施例的氢气纯化系统及控制方法。

如图1－图8所示，本发明实施例的氢气纯化系统包括进气组件1、再生状态切换管路2、第一干燥装置3、第二干燥装置4和第三干燥装置5。进气组件1具有第一支路和第二支路，再生状态切换管路2包括串联的第一阀门21和加热器22，以及与第一阀门21和加热器22两者并联的第二阀门23。

第一干燥装置3、第二干燥装置4和第三干燥装置5中的每一个均包括干燥塔31、干燥进气阀32、干燥排气阀33、辅助进气阀34、辅助排气阀35、再生进气阀36和再生排气阀37，干燥进气阀32连接干燥塔31和第一支路，以用于控制第一支路与干燥塔31的通断，干燥排气阀33与干燥塔31相连以用于将经干燥塔31干燥后的氢气排出，辅助进气阀34连接干燥塔31和第二支路，以用于控制第二支路与干燥塔31的通断，辅助排气阀35连接干燥塔31和再生状态切换管路2的进气端，以用于控制干燥塔31与再生状态切换管路2的通断，再生进气阀36连接干燥塔31和再生状态切换管路2的出气端，以用于控制再生状态切换管路2与干燥塔31的通断，再生排气阀37连接干燥塔31和进气组件1，以用于控制干燥塔31和进气组件1的通断，且再生排气阀37位于干燥进气阀32的上游。

具体地，如图1所示，进气组件1用于向第一干燥装置3、第二干燥装置4和第三干燥装置5提供氢气，优选地，进气组件1的入口端与电解水制氢设备100相连，更优选地，进气组件1的入口端与采用光伏能源的电解水制氢设备100相连，以对采用光伏能源的电解水制氢设备100制备的氢气进行纯化。干燥进气阀32、干燥排气阀33、辅助进气阀34、辅助排气阀35、再生进气阀36和再生排气阀37均邻近干燥塔31设置，并通过对应的管路设在干燥塔31上，以调控进入干燥塔31的氢气来向与排出干燥塔31的氢气去向，其中，干燥进气阀32与进气组件1的第一支路连通，辅助进气阀34与进气组件1的第二支路连通。

氢气由干燥进气阀32进入干燥塔31并由干燥排气阀33排出时，该干燥塔31处于干燥状态，用于对电解水制氢设备100供入的氢气进行干燥纯化处理，氢气由再生进气阀36进入干燥塔31并由再生排气阀37排出时，该干燥塔31处于再生状态，以使该干燥塔31在再生后能够进入干燥状态，并接替上一处于干燥状态的干燥塔31进行干燥纯化处理工作，处于再生状态的干燥塔31的排气通过再生排气阀37送入进气组件1，然后通过干燥进气阀32进入处于干燥状态的干燥塔31进行纯化处理，氢气由辅助进气阀34进入干燥塔31并由辅助排气阀35排出时，该干燥塔31处于辅助状态，以用于将部分氢气进行干燥，并通过再生状态切换管路2将干燥后的部分氢气通入处于再生状态的干燥塔31以保证该干燥塔31能够完成再生。

本发明实施例的氢气纯化系统能够通过对应阀门的启闭使第一干燥装置、第二干燥装置和第三干燥装置在同一时间内分别处于干燥状态、辅助状态和再生状态，并能够通过再生状态切换管路调整再生状态的具体阶段，使对应的干燥塔完成再生，再生状态结束后，通过对应阀门的启闭使处于干燥状态的干燥装置运行，处于辅助状态和再生状态的干燥装置进行待机，使本发明实施例的氢气纯化系统能够适用于氢气产量具有波动性或间歇性的电解水制氢设备。

在一些实施例中，第一干燥装置3、第二干燥装置4和第三干燥装置5中的每一者具有干燥状态、辅助状态和再生状态，在干燥状态，氢气由干燥进气阀32进入干燥塔31并由干燥排气阀33排出，在辅助状态，氢气由辅助进气阀34进入干燥塔31并由辅助排气阀35排出，在再生状态，氢气由再生进气阀36进入干燥塔31并由再生排气阀37排出，其中，第一干燥装置3、第二干燥装置4和第三干燥装置5中的一者处于的干燥状态，第一干燥装置3、第二干燥装置4和第三干燥装置5中的另一者处于辅助状态，剩余一者处于再生状态；或者第一干燥装置3、第二干燥装置4和第三干燥装置5中的另一者和剩余一者均处于待机状态。

如图2所示，第一干燥装置3处于干燥状态，第二干燥装置4处于再生状态，第三干燥装置5处于辅助状态，电解水制氢设备100制备的一部分氢气通入第一干燥装置3进行干燥纯化，电解水制氢设备100制备的另一部分氢气首先进入第三干燥装置5干燥，然后进入第二干燥装置4进行再生工作，最后进入到第一干燥装置3内进行干燥纯化，使第二干燥装置4在第三干燥装置5的辅助下进行再生，同时电解水制氢设备100制备的全部氢气均在第一干燥装置3内进行干燥纯化。

如图3所示，第一干燥装置3处于干燥状态，第二干燥装置4和第三干燥装置5处于待机状态。此时电解水制氢设备100制备的全部氢气同步进入第一干燥装置3进行干燥纯化，而不经过第二干燥装置4和第三干燥装置5。

如图4所示，第二干燥装置4处于干燥状态，第一干燥装置3处于辅助状态，第三干燥装置5处于再生状态。

如图5所示，第二干燥装置4处于干燥状态，第一干燥装置3和第三干燥装置5处于待机状态。

如图6所示，第三干燥装置5处于干燥状态，第一干燥装置3处于再生状态，第二干燥装置4处于辅助状态。

如图7所示，第三干燥装置5处于干燥状态，第一干燥装置3和第二干燥装置4处于待机状态。

优选地，氢气纯化系统在运行时，图2、图3、图4、图5、图6和图7所示的状态依次循环运行，各图所示状态的持续时间可调，以适应电解水制氢设备100制备氢气的波动性和间歇性。

可以理解的是，在另一些实施例中，根据电解水制氢设备100制备氢气的波动性，氢气纯化系统在运行时，也可以为图2、图4、图6和图7所示的状态依次循环运行，或者图2、图3、图4、图6所示的状态依次循环运行，或者图2、图3、图4、图6和图7所示的状态依次循环运行。

在一些实施例中，再生状态包括加热再生阶段和吹冷再生阶段，在加热再生阶段，第一阀门21开启且第二阀门23关闭，在吹冷再生阶段，第一阀门21关闭且第二阀门23开启。

如图1所示，再生状态切换管路2包括第一阀门21和加热器22，以及与第一阀门21和加热器22两者并联的第二阀门23，在第一阀门21开启且第二阀门23关闭时，从辅助排气阀35排出的干燥氢气在经过加热器22后达到180℃~280℃，然后通入处于再生状态的干燥塔31，使处于再生状态的干燥塔31处于加热再生阶段，当一阀门21关闭且第二阀门23开启时，从辅助排气阀35排出的干燥氢气不经过加热器22，因此氢气以辅助状态干燥塔出口的温度通入处于再生状态的干燥塔31，使处于再生状态的干燥塔31处于吹冷再生阶段，处于再生状态的干燥塔31首先处于加热再生阶段，然后处于吹冷再生阶段，从而完成再生。

可以理解的是，当处于再生状态的干燥塔处于加热再生阶段，且电解水制氢设备中断时，该干燥塔也会中断并且不会进入吹冷再生阶段，重启后，处于再生状态的干燥塔继续进行加热再生或者停止运行，使处于再生状态的干燥塔在中断前仅具有加热再生阶段。

在一些实施例中，本发明实施例的氢气纯化系统还包括循环管路6，循环管路6的进气端与再生排气阀37连通，循环管路6的出气端与进气组件1连通，循环管路6上设有依次排布的第一冷却器61和第一气水分离器62，第一气水分离器62用于将循环管路6内的气体与液体分离。

如图1所示，循环管路6用于接收再生排气阀37排出的氢气并供入到进气组件1内，使再生排气阀37排出的氢气进入处于干燥状态的干燥装置内进行干燥纯化，循环管路6上沿氢气的流向依次排布第一冷却器61和第一气水分离器62，第一冷却器61用于将循环管路6内的氢气降温至10℃~20℃，以满足处于干燥状态的干燥塔31进行干燥作业的进气温度要求，第一气水分离器62用于将循环管路6内的气体与液体分离，并将液体排出，降低处于干燥状态的干燥塔31进行干燥作业的干燥负荷。

在一些实施例中本发明实施例的氢气纯化系统还包括第一换热器7，第一换热器7与循环管路6连通，且第一冷却器61位于第一换热器7的下游，第一换热器7与再生状态切换管路2连通且位于第一阀门21的下游，第一换热器7用于循环管路6内的介质和再生状态切换管路2内的介质进行热交换。

如图1所示，第一换热器7分别与循环管路6和再生状态切换管路2连通，第一换热器7内设有连通循环管路6的第一介质管路，以及与再生状态切换管路2连通的第二介质管路，通过第一介质管路和第二介质管路将循环管路6内的介质和再生状态切换管路2内的介质进行热交换，处于再生状态的干燥塔31处于加热再生阶段时，由于进入再生状态的干燥塔31的氢气为热气状态，因此进入循环管路6内的介质温度要高于进入再生状态切换管路2内的介质温度，在经过第一换热器7后循环管路6内的介质会降温，再生状态切换管路2内的介质会升温，从而降低加热器22和第一冷却器61的功耗。

在一些实施例中，进气组件1包括干燥进气管11和辅助进气管12，干燥进气管11与第一支路和干燥进气阀32连通以通过干燥进气阀32向干燥塔31提供氢气，辅助进气管12与第二支路和辅助进气阀34连通以通过辅助进气阀34向干燥塔31提供氢气，再生排气阀37与干燥进气管11连通以用于将干燥塔31排出的氢气供入干燥进气管11内。

如图1所示，进气组件1包括入口端连通的干燥进气管11和辅助进气管12，干燥进气管11的下游设有与其连通的第一支路，辅助进气管12的下游设有与其连通的第二支路，进气组件1适于与电解水制氢设备100相连通，以通过干燥进气管11和第一支路将电解水制氢设备100制备的氢气供入处于干燥状态的干燥塔31，通过辅助进气管12和第二支路将电解水制氢设备100制备的氢气供入处于辅助状态的干燥塔31，再生排气阀37与干燥进气管11连通，使处于辅助状态的干燥塔31的排气在进入处于再生状态的干燥塔31进行再生作业后，通过再生排气阀37进入干燥进气管11，然后通过第一支路通入处于工作状态的干燥塔31内进行干燥纯化。

在一些实施例中，干燥进气管11的入口端设有调节阀，辅助进气管12的入口端设有流量计。

通过流量计获取显示的度数对调节阀进行调节能够控制干燥进气管内的流量和辅助进气管内的流量，进而调控用于再生的氢气量，以在电解制氢设备产氢量波动时，通过调整辅助进气管的流量，使氢气纯化系统能够适用于氢气产量具有波动性或间歇性的电解水制氢设备。

在一些实施例中，本发明实施例的氢气纯化系统还包括出气组件8和氢气补偿管9，出气组件8包括出气管81、压缩机82和储存装置83，出气管81的入口端与干燥排气阀33连通，以用于接收干燥塔31干燥后排出的氢气，压缩机82连通出气管81，以用于将出气管81排出的氢气压缩，储存装置83与压缩机82连通，以用于接收并储存经压缩机82压缩后的氢气。氢气补偿管9连通储存装置83和辅助进气管12，以用于储存装置83内的氢气补充至辅助进气管12。

如图1和图8所示，干燥排气阀33通过管路与干燥塔31连通，并同时与出气管81连通，以用于经处于干燥状态的干燥塔31干燥后的氢气排出至出气管81内，压缩机82与出气管81连通以接收出气管81排布的氢气并进行压缩，压缩机82通过管路与储存装置83相连以将压缩后的氢气供入储存装置83内进行储存。

氢气补偿管9连通储存装置83和辅助进气管12，以用于将储存装置83内的氢气补充至辅助进气管12内并通过处于辅助状态的干燥塔31进入处于再生状态的干燥塔31。在处于再生状态的干燥塔31由于电解水制氢设备100中断而无法提供使再生作业完成的氢气时，通过氢气补偿管9将储存装置83内储存的氢气供入辅助进气管12能够保证再生作业能够完成。

在一些实施例中，出气管81设有仪表出气口811、纯气出口、废气出口812以及分别对应纯气出口和废气出口的开关阀，压缩机82与纯气出口连通，仪表出气口811适于连接检测仪表以检测出气管81排出的氢气为纯气或者废气，其中出气管81排出的氢气为纯气时，出气管81排出的氢气由纯气出口排出至压缩机82，其中出气管81排出的氢气为废气时，出气管81排出的氢气由废气出口812释放。

如图1所示，出气管81设有仪表出气口811、纯气出口、废气出口812，其中，纯气出口通过管路与压缩机82连通，且纯气出口连通压缩机82的管路上设有用于启闭纯气出口的开关阀，废气出口812所在的支路上设有用于启闭废气出口812的开关阀，仪表出气口811所在的支路上设有用于降低仪表出气口811排出的氢气气压的仪表气采样减压阀，仪表出气口811连接氢气含氧量分析仪和氢气露点分析仪，以通过氢气含氧量分析仪和氢气露点分析仪获取的数值判断出气管81内的氢气为纯气或者废气。在检测时，打开废气出口812，关闭纯气出口，使出气管81排出的一小部分氢气从仪表出气口811排出并进行检测，在检测结果为纯气时，关闭废气出口812，打开纯气出口，出气管81内的氢气进入压缩机82内，当检测结果为废气时，打开废气出口812，关闭纯气出口，出气管81内的氢气由废气出口812释放排空。

在一些实施例中，进气组件1还包括依次连通的第二气水分离器13、第二冷却器14和第三气水分离器15，第二气水分离器13的入口端适于与电解水制氢设备100连通，第三气水分离器15的出口端连通干燥进气管11和辅助进气管12。

如图1所示，在干燥进气管11和辅助进气管12的入口端的上游设有通过管道依次连通的第二气水分离器13、第二冷却器14和第三气水分离器15，电解水制氢设备100排出的氢气首先在第二气水分离器13处进行气水分离，从而将混在氢气中的部分水排出进气组件1，排出的水能够返回至电解水制氢设备100重复利用，经过第二气水分离器13的氢气在第二冷却器14处降温至10℃~25℃以析出冷凝水，然后通过第三气水分离器15将氢气和析出的冷凝水分离，通过第二气水分离器13和第三气水分离器15将氢气中的水进行两次分离，从而降低干燥塔31的工作负荷。

在一些实施例中，进气组件1还包括第二换热器16和脱氧器17，脱氧器17的入口端与第三气水分离器15通过第二换热器16连通，以使第三气水分离器15排出的介质供入脱氧器17，干燥进气管11和辅助进气管12两者与脱氧器17的出口端通过第二换热器16连通，以使脱氧器17排出的介质供入干燥进气管11和辅助进气管12，第二换热器16用于供入脱氧器17的介质和脱氧器17排出的介质进行热交换。

如图1所示，进气组件1还包括通过管路连通的第二换热器16和脱氧器17，第二换热器16和脱氧器17均位于第三气水分离器15的下游，第二气水分离器13和第三气水分离器15先将氢气中的水进行两次分离，也能够避免脱氧器17中进入大量水份，脱氧器17采用钯催化剂使氢气与微量氧气催化反应生成水，以去除混在氢气中的微量氧气，脱氧器17内置加热器使催化脱氧温度位于80℃~120℃，并将反应生成的水以蒸汽形式排出脱氧器17，脱氧后的氢气中氧含量低于1PPM。第二换热器16内设有第一热交换管路和第二热交换管路，第一热交换管路与脱氧器17的入口端的管路连通，第二热交换管路与脱氧器17的出口端的管路连通，第一热交换管路内的介质和第二热交换管路内的介质进行热交换以提升进入脱氧器17的氢气温度，减小脱氧器17的加热负荷。

在一些实施例中，进气组件1还包括依次连通的第三冷却器18和第四气水分离器19，第二换热器16连通第三冷却器18，第四气水分离器19连通干燥进气管11和辅助进气管12。

如图1所示，进气组件1还包括依次连通的第三冷却器18和第四气水分离器19，且第三冷却器18和第四气水分离器19位于第二换热器16和脱氧器17的下游，第二热交换管路与第三冷却器18连通，以使第三冷却器18将由脱氧器17排出并经过第二换热器16后的氢气进行降温，并降温至处于10℃~20℃以析出冷凝水，第四气水分离器19将氢气与第三冷却器18析出的冷凝水分离，并将冷凝水排出，以避免干燥塔31中进入大量水份。

在一些实施例中，第二冷却器14、第三冷却器18和第一冷却器61采用换热器，通过外接的冷源实现冷却降温。

如图2－图8所示，本发明实施例的氢气纯化系统的控制方法包括以下步骤：

S1.控制第一干燥装置3的干燥进气阀32和干燥排气阀33开启以处于干燥状态、第二干燥装置4的再生进气阀36和再生排气阀37开启以处于再生状态以及第三干燥装置5的辅助进气阀34和辅助排气阀35开启以处于辅助状态，并持续T1时间。具体地，如图2所示，电解水制氢设备100的一部分氢气通过干燥进气管11进入第一干燥装置3以进行干燥纯化，然后排至出气管81，电解水制氢设备100的另一部分氢气通过辅助进气管12依次进入第三干燥装置5和第二干燥装置4，然后通过循环管路6进入干燥进气管11，然后进入第一干燥装置3进行干燥纯化并排出至出气管81，此过程持续T1时间。

S2.控制第一干燥装置3的干燥进气阀32和干燥排气阀33开启以处于干燥状态、第二干燥装置4的再生进气阀36和再生排气阀37转变为关闭以处于待机状态以及第三干燥装置5的辅助进气阀34和辅助排气阀35转变为关闭以处于待机状态，并持续T2时间。具体地，如图3所示，电解水制氢设备100的全部氢气均通过干燥进气管11进入第一干燥装置3以进行干燥纯化，然后排至出气管81，第二干燥装置4和第三干燥装置5的干燥进气阀32、干燥排气阀33、辅助进气阀34、辅助排气阀35、再生进气阀36和再生排气阀37均关闭，以使第二干燥装置4和第三干燥装置5处于待机状态，此过程持续T2时间，且此过程中电解水制氢设备100的制氢量小于图1所示状态的制氢量。

S3.控制第一干燥装置3的辅助进气阀34和辅助排气阀35开启以处于辅助状态、第二干燥装置4的干燥进气阀32和干燥排气阀33开启以处于干燥状态以及第三干燥装置5的再生进气阀36和再生排气阀37开启以处于再生状态，并持续T1时间。具体地，如图4所示，电解水制氢设备100的一部分氢气进入第二干燥装置4进行干燥纯化后排出，电解水制氢设备100的另一部分氢气依次通过第一干燥装置3和第三干燥装置5，然后通过循环管路6进入第二干燥装置4。

S4.控制第一干燥装置3的辅助进气阀34和辅助排气阀35转为关闭以处于待机状态、第二干燥装置4的干燥进气阀32和干燥排气阀33开启以处于干燥状态以及第三干燥装置5的再生进气阀36和再生排气阀37转为关闭以处于待机状态，并持续T2时间。具体地，如图5所示，电解水制氢设备100的全部氢气进入第二干燥装置4进行干燥纯化后排出。

S5.控制第一干燥装置3的再生进气阀36和再生排气阀37开启以处于再生状态、第二干燥装置4的辅助进气阀34和辅助排气阀35开启以处于辅助状态以及第三干燥装置5的干燥进气阀32和干燥排气阀33开启以处于干燥状态，并持续T1时间。具体地，如图6所示，电解水制氢设备100的一部分氢气进入第三干燥装置5进行干燥纯化后排出，电解水制氢设备100的另一部分氢气依次通过第二干燥装置4和第一干燥装置3，然后通过循环管路6进入第三干燥装置5。

S6.控制第一干燥装置3的再生进气阀36和再生排气阀37转为关闭以处于待机状态、第二干燥装置4的辅助进气阀34和辅助排气阀35转为关闭以处于待机状态以及第三干燥装置5的干燥进气阀32和干燥排气阀33开启以处于干燥状态，并持续T2时间；其中，T1和T2分别为大于0的常数，且T1大于T2。具体地，如图7所示，电解水制氢设备100的全部氢气进入第三干燥装置5进行干燥纯化后排出。

步骤S6结束后返回至步骤S1进行循环，以使氢气纯化系统循环运转，并使氢气纯化系统纯化的氢气需求量可调，以适应氢气产量具有波动性或间歇性的电解水制氢设备100，特别是光伏能源的电解水制氢设备100。

需要说明的是，处于干燥状态的干燥装置，其辅助进气阀34、辅助排气阀35、再生进气阀36和再生排气阀37均关闭。处于辅助状态的干燥装置，其干燥进气阀32、干燥排气阀33、再生进气阀36和再生排气阀37均关闭。处于再生状态的干燥装置，其干燥进气阀32、干燥排气阀33、辅助进气阀34和辅助排气阀35均关闭。

优选的，T1为7~10小时，更优选为8小时，T2为小于等于5小时。

本发明实施例的氢气纯化系统的控制方法使第一干燥装置、第二干燥装置和第三干燥装置在同一时间内分别处于干燥状态、辅助状态和再生状态，且在处于干燥状态的干燥装置运行时，可将处于辅助状态和再生状态的干燥装置切换进入待机状态，以能够配合氢气产量具有波动性或间歇性的电解水制氢设备。

在一些实施例中，在T1时间内，在0~t1时间段内，控制第一阀门21开启且第二阀门23关闭，以使处于再生状态的干燥装置处于加热再生阶段，电解水制氢设备100的制氢量的50%及以下通入处于再生状态的干燥装置，在t1~t2时间段内，控制第一阀门21开启且第二阀门23关闭，以使处于再生状态的干燥装置处于加热再生阶段，电解水制氢设备100的制氢量的50%以上通入处于再生状态的干燥装置；在t2~t3时间段内，控制第一阀门21关闭且第二阀门23开启，以使处于再生状态的干燥装置处于吹冷再生阶段，电解水制氢设备100的制氢量的50%以上通入处于再生状态的干燥装置；在t3~t4时间段内，控制第一阀门21关闭且第二阀门23开启，以使处于再生状态的干燥装置处于吹冷再生阶段，电解水制氢设备100的制氢量的50%及以下通入处于再生状态的干燥装置；其中，t1、t2、t3和t4分别为大于0的常数。

具体地，T1时间依次划分为0~t1时间段、t1~t2时间段、t2~t3时间段和t3~t4时间段，在步骤S1,步骤S3和步骤S5持续的T1时间内，均具有0~t1时间段、t1~t2时间段、t2~t3时间段和t3~t4时间段。

在一些实施例中，t1=t4-t3,t2-t1=t3-t2,t1＜t2-t1，t2≥t4/2。

优选地，t1=1.5，t2=4，t3=6.5，t4=8，

在电解水制氢设备100采用光伏能源时，需要将氢气纯化系统的氢气需求量与日照时间匹配，因此将T1+T2的总时长与一天中日照时长进行匹配，优选地，T1+T2的总时长为8小时~13小时，光伏能源的电解水制氢设备100在一天中的早晚时间段内的氢气量不足以满足再生流量需求，因此在一天中需要处于再生状态的干燥装置在运行的0小时~1.5小时内，将电解水制氢设备100的制氢量的50%及以下的氢气依次通入处于辅助状态的干燥装置和处于再生状态的干燥装置，以用于进行小流量的加热再生，例如，在步骤S3中，第一干燥装置3处于辅助状态，第二干燥装置4处于干燥状态，第三干燥装置5处于再生状态，电解水制氢设备100的制氢量的0~50%，包含50%，通过辅助进气管12依次通入第一干燥装置3和第三干燥装置5，使第三干燥装置5进行小流量的加热再生。

在再生状态的干燥装置运行的1.5小时~4小时内，将电解水制氢设备100的制氢量的50%以上顺序通入处于辅助状态的干燥装置和处于再生状态的干燥装置，以用于进行大流量地加热再生，从而在0小时~4小时内，使氢气纯化系统能够完成加热再生，并适应电解水制氢设备100的制氢量的波动。

在再生状态的干燥装置运行的4小时~6.5小时内，将电解水制氢设备100的制氢量的50%以上顺序通入处于辅助状态的干燥装置和处于再生状态的干燥装置，以用于进行大流量地吹冷再生，然后在6.5小时~8小时内，将电解水制氢设备100的制氢量的0~50%，包含50%，顺序通入处于辅助状态的干燥装置和处于再生状态的干燥装置，以用于进行小流量地吹冷再生。从而在4小时~8小时内，使氢气纯化系统能够完成吹冷再生，并适应电解水制氢设备100的制氢量的波动。

因此通过设定0~t1时间段，t1~t2时间段，t2~t3时间段，t3~t4时间段，并设定控制对应时间段内用于进行再生的氢气量，能够调整氢气纯化系统总的氢气需求量，使氢气纯化系统总的氢气需求量具有波动性并能够适配制氢量具有波动性的电解水制氢设备。

在一些实施例中，氢气纯化系统在第一干燥装置3处于干燥状态的T1时间+T2时间内存在中断或多次重启中断时，或者氢气纯化系统在第二干燥装置4处于干燥状态的T1时间+T2时间内存在中断或多次重启中断时，或者氢气纯化系统在第三干燥装置5处于干燥状态的T1时间+T2时间内存在中断或多次重启中断时，最后一次中断前处于干燥状态的干燥装置在最后一次切换至干燥状态后的累计运行时长值记为T0，最后一次中断前氢气纯化系统的干燥装置不间断运行时长值记为t0，T0和t0分别为大于0的常数。

在T0小于T1/2，且t0小于T1/2时，氢气纯化系统直接进入停机状态或者进行重启，其中最后一次中断前处于干燥状态的干燥装置在氢气纯化系统重启后，重新进入干燥状态并持续T1+T2-T0时间，或者，重新进入干燥状态并在持续T1时间后进入停机状态；最后一次中断前处于辅助状态的干燥装置在氢气纯化系统重启后，重新进入辅助状态并在持续T1时间后进入停机状态或待机T2-T0时间；最后一次中断前处于再生状态的干燥装置在氢气纯化系统重启后，重新进入再生状态并在持续T1时间后进入停机状态或待机T2-T0时间。

在T0大于等于T1/2，且t0小于t3时，储存装置83在氢气纯化系统重启后向辅助进气管12提供氢气，以使最后一次中断前处于再生状态的干燥装置继续进行最后一次中断前的再生状态并持续t5时间，并在t5+t0=t3时，最后一次中断前处于再生状态的干燥装置进入干燥状态，然后进入停机状态，其中，t5为大于0的常数。

在T0大于等于T1/2，且t0大于等于t3时，氢气纯化系统直接进入停机状态或者进行重启，其中最后一次中断前处于再生状态的干燥装置在氢气纯化系统重启后进入干燥状态。

具体地，电解水制氢设备100采用可再生能源时存在由于电力来源中断或停止导致的制氢量中断或停止的情况，例如，电解水制氢设备100采用光伏能源时，在阴天或雨天时，电解水制氢设备100的制氢量会中断或停止，从而导致氢气纯化系统中断，氢气纯化系统在中断后需要进行重启，有时，氢气纯化系统还存在多次中断重启后再次中断的情况，在多次重启过程中，相邻的两次重启之间具有一定时间间隔，会导致干燥塔内部的温度降低。

优选地T1/2为4，在T0小于4，t0小于4时，最后一次中断前处于再生状态的干燥装置在最后一次中断时，其加热再生阶段未完成，氢气纯化系统可以直接进入停机状态或者进行重启，其中在氢气纯化系统重启后，最后一次中断前处于干燥状态的干燥装置重新进入干燥状态并持续T1+T2-T0时间，优选为13-T0小时，或者重新进入干燥状态并在持续T1时间后进入停机状态，优选为重新进入干燥状态持续8小时后停机。最后一次中断前处于辅助状态的干燥装置重新进入辅助状态并持续T1时间，优选为8小时，然后进入停机状态或待机T2-T0时间，优选为5-T0小时。最后一次中断前处于再生状态的干燥装置重新进入再生状态并持续T1时间，优选为8小时，之后进入停机或待机T2-T0时间，优选为5-T0小时，以使中断前处于再生状态的干燥装置能够完成再生。

最后一次中断前处于再生状态的干燥装置为步骤S1、步骤S3和步骤S5中处于再生状态的第一干燥装置3、第二干燥装置4和第三干燥装置5中的对应一个。

优选地t3=6.5，在T0大于等于4，t0小于6.5时，最后一次中断前处于再生状态的干燥装置，其加热再生阶段未完成，或者加热再生阶段已结束，但吹冷再生阶段未完成，此时无需在重启后使最后一次中断前处于再生状态的干燥装置重新进行再生状态，在进入停机状态前，通过储存装置83向辅助进气管12提供氢气，此时，干燥进气管11和辅助进气管12未接收电解水制氢设备100提供的氢气，其可以为电解水制氢设备100未产生氢气，也可以通过设置阀门将干燥进气管11和辅助进气管12两者与电解水制氢设备100之间的管路关闭，储存装置83排出的氢气依次供入处于辅助状态的干燥装置和处于再生状态的干燥装置，并持续t5时间，t5为大于0的常数，以使最后一次中断前处于再生状态的干燥装置继续进行最后一次中断前的再生状态，当t5+t0=t3时，最后一次中断前处于再生状态的干燥装置已经完成大流量吹冷再生，可视为基本完成再生状态，因此氢气纯化系统受控的进入下一步骤，最后一次中断前处于再生状态的干燥装置转为进入干燥状态，并在运行结束后进入停机状态。重启前处于再生状态的干燥装置继续进行最后一次中断前的再生状态时，可以是进入加热再生阶段，也可以是进入吹冷再生阶段，具体的阶段根据t0的值调整。

在T0大于等于4小时，t0大于等于6.5小时，此时最后一次中断前处于再生状态的干燥装置已完成大流量吹冷再生，可视为基本完成再生状态，因此氢气纯化系统可以直接进入停机状态或者进行重启，其中在氢气纯化系统重启后，氢气纯化系统进入下一步骤，最后一次中断前处于再生状态的干燥装置转为进入干燥状态。

从而通过T0和t0在不同数值时采用相应的重启步骤，保证氢气纯化系统中断后再生状态仍能够完成，而不会产生再生不彻底的问题。

需要说明的是，氢气纯化系统的停机是指第一干燥装置3、第二干燥装置4和第三干燥装置5均不运行，氢气纯化系统的待机是指第一干燥装置3、第二干燥装置4和第三干燥装置5中有一者运行，剩余两者不运行。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分部件，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。