一种高纯氢气生产制备系统及方法与流程

本发明涉及氢气测量、测试，尤其涉及一种高纯氢气生产制备系统及方法。

背景技术：

1、在全球能源结构转型和环境保护要求日益加强的背景下，高纯度氢气作为一种清洁能源的载体，其生产和应用受到了广泛关注。氢气不仅在化工、精细化学品制造、电子行业中有着重要的应用，在作为未来能源系统中的重要组成部分，如燃料电池车辆和可再生能源存储，更是显示出其巨大的潜力和价值。然而，高纯度氢气的制备过程中存在的杂质控制和质量保证问题成为制约其广泛应用的关键技术瓶颈。现有技术在氢气的纯度检测、环境适应性、生产参数自动调整等方面存在不足，无法满足高效、精准和稳定生产高纯度氢气的需求。因此，开发一种能够实现高纯度氢气生产中精确杂质检测和自动化质量控制的新技术，对于推动氢能及相关技术的应用发展具有重要意义。

2、我国专利申请号：cn202211449398.8，公开日：2023.02.03，公开了一种高纯氢气生产及其净化提纯工艺，属于氢气制备技术领域，包括下述步骤，s1、在电解槽中电解水溶液，电解后生成氧气和氢气，将氧气存放在氧气储存装置中；s2、气液分离，使电解生成的氢气进入氢碱分离器内，进行气液分离；s3、氢气冷却，利用氢气冷却器对氢气进行冷却，初步脱水；s4、氢气深冷除氧和除水，氢气经冷却至缓冲罐后，进入深冷除氧和除水装置内，达到除氧和除水的目的，实现氢气的提纯；s5、氢气储存，氢气提纯后进入氢气提纯工艺管道，除杂提纯后的氢气储存至氢气储罐内。该发明氢气提纯工艺中，采用深冷除杂，氧气的剩余浓度可降低至1ppm以下，氢气的纯度达到99.9999％以上，采用的氢气纯化工艺，无需吸附剂。

3、但上述技术至少存在如下技术问题：现有技术对氢气样本中杂质的识别和量化不够精确；环境变化的适应性不足，由于缺乏根据实时的温度和压力数据动态调整光谱数据的能力，在不同环境条件下的杂质检测准确性可能受到影响；生产参数调整的自动化和智能化不足，生产过程的调整依赖于人工干预，效率低下，且容易出错，限制了高纯度氢气生产制备过程的效率和稳定性，影响了氢气产品的质量标准。

技术实现思路

1、本发明提供一种高纯氢气生产制备系统及方法，解决了现有技术对氢气样本中杂质的识别和量化不够精确；环境变化的适应性不足，由于缺乏根据实时的温度和压力数据动态调整光谱数据的能力，在不同环境条件下的杂质检测准确性可能受到影响；生产参数调整的自动化和智能化不足，生产过程的调整依赖于人工干预，效率低下，且容易出错，限制了高纯度氢气生产制备过程的效率和稳定性，影响了氢气产品的质量标准的技术问题。实现了高纯度氢气生产过程中的精确杂质检测和自动化质量控制，显著提高了氢气纯度的检测精度和生产效率。

2、本发明提供了一种高纯氢气生产制备系统及方法，具体包括以下技术方案：

3、一种高纯氢气生产制备方法，包括以下步骤：

4、s1. 收集氢气样本的光谱数据、温度数据和压力数据，将光谱数据从时间域转换到频率域，使用多元非线性回归模型，根据温度数据和压力数据动态调整光谱数据；进一步计算并修正杂质的含量，基于杂质的修正含量评估氢气的总纯度；

5、s2. 监控氢气的实时纯度，并基于氢气的实时纯度与氢气总纯度的评估结果判断是否存在纯度偏差；设定纯度偏差的动态阈值，当纯度偏差超过动态阈值时，启动纯度偏差反馈调整程序；进一步基于纯度偏差反馈调整函数的输出，动态优化生产参数。

6、优选的，所述s1，具体包括：

7、应用傅立叶变换将光谱数据从时间域转换到频率域；对傅立叶变换处理后的光谱数据进行小波变换，选择与待检测杂质光谱特性相匹配的小波母函数分析各个尺度下光谱数据的强度变化，并关注杂质典型频率处的光谱数据特征；基于光谱数据在不同频率下反映不同杂质成分的原理，通过提取频率特征，区分和识别氢气样本中的各种杂质成分。

8、优选的，所述s1，还包括：

9、将温度数据和压力数据与每个光谱数据关联；并基于温度和压力的读数与光谱数据的时间戳，对温度和压力的读数与光谱数据进行同步。

10、优选的，所述s1，还包括：

11、定义多元非线性回归函数，将温度、压力和光谱数据输入到多元非线性回归模型中进行拟合，并根据多元非线性回归模型的输出调整光谱数据。

12、优选的，所述s1，还包括：

13、基于根据多元非线性回归模型的输出调整后的光谱数据、杂质的频率响应以及温度和压力的影响，计算并修正每种杂质的含量。

14、优选的，所述s1，还包括：

15、将所有杂质的修正含量汇总，根据每种杂质对氢气纯度的影响程度进行加权；并基于杂质间的相互作用，对氢气总纯度的影响进行修正；应用评估公式计算并修正氢气的总纯度，根据杂质种类的多样性调整评估公式中的参数。

16、优选的，所述s2，具体包括：

17、在得到经过修正的氢气总纯度之后，引入基于实时数据处理和反馈的模型，自动调整高纯氢气生产制备系统参数。

18、优选的，所述s2，还包括：

19、当氢气的实时纯度与经过修正的氢气总纯度之间的纯度偏差超过动态阈值时，启动纯度偏差反馈调整程序，并通过调整生产参数来纠正纯度偏差。

20、一种高纯氢气生产制备系统，包括以下部分：

21、数据获取模块、光谱数据处理模块、多元调整模块、杂质计算模块、纯度评估模块、实时监控模块、阈值计算与比较模块、反馈调整模块、生产优化模块；

22、数据获取模块，用于收集氢气样本的光谱数据、温度数据和压力数据；数据获取模块通过数据传输的方式与光谱数据处理模块、多元调整模块相连；

23、光谱数据处理模块，用于基于光谱数据识别和分析氢气中的杂质光谱特征；光谱数据处理模块通过数据传输的方式与多元调整模块相连；

24、多元调整模块，用于将温度数据和压力数据与光谱数据关联，并根据环境变量动态调整光谱数据；多元调整模块通过数据传输的方式与杂质计算模块相连；

25、杂质计算模块，用于识别并修正氢气中各种杂质的含量；杂质计算模块通过数据传输的方式与纯度评估模块相连；

26、纯度评估模块，用于汇总所有杂质的修正含量，并评估氢气的总纯度；纯度评估模块通过数据传输的方式与阈值计算与比较模块相连；

27、实时监控模块，用于对氢气纯度进行实时监控，得到氢气的实时纯度；实时监控模块通过数据传输的方式与阈值计算与比较模块相连；

28、阈值计算与比较模块，用于自动设定纯度偏差的动态阈值，并将氢气总纯度的评估结果与氢气的实时纯度进行比较，确定是否存在纯度偏差；阈值计算与比较模块通过数据传输的方式与反馈调整模块相连；

29、反馈调整模块，用于在纯度偏差超出动态阈值时启动反馈调整模块，根据纯度偏差大小调整生产参数；反馈调整模块通过数据传输的方式与生产优化模块相连；

30、生产优化模块，用于优化生产过程。

31、应用于上述的高纯氢气生产制备方法。

32、本发明的技术方案的有益效果是：

33、1、通过在数据采集前确认检测仪器的状态和让氢气样本在采样容器中稳定，减少了温度和压力波动的影响，提高了光谱数据、温度数据和压力数据的准确性和完整性；重复采样并取平均值的做法进一步增强了数据的可靠性；采用傅立叶变换和小波变换，尤其是选择与待检测杂质光谱特性相匹配的小波母函数进行分析，极大提高了对氢气中杂质光谱特征的识别能力；

34、2、引入的多元非线性回归模型允许根据实时的温度和压力数据动态调整光谱数据，提高了杂质检测在不同环境条件下的准确性；动态阈值的设定和反馈调整机制进一步增强了系统对环境变化的适应能力；通过纯度偏差反馈调整模块和生产优化模块的设计，本系统能够根据实时监控到的纯度信息自动调整生产参数，如电解电压和气体流速，以实时纠正纯度偏差，保持氢气纯度在预设标准内。