一种电解水制高纯氢的装置及方法与流程

1.本技术属于电解水制氢技术领域，特别涉及一种电解水制高纯氢的装置及方法。


背景技术：

2.与传统化工燃料汽油、柴油相比，氢能具有三大优势：一是较高的含能特性，二是较高的能源转化效率，三是碳的零排放。与化石能源的利用相比，氢燃料电池在产生电能的过程中不会产生碳排放，可以实现良性循环。
3.目前在电解水工艺中，一般是直接对原水进行电解，由于原水中存在多种污物和杂质离子，导致电解的氢气不纯，夹杂有其他物质，并且水里其他杂质离子的放电，也会增加电能消耗。
4.因此，提供一种新的电解水制高纯氢的装置及方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术电解水制氢时杂质较多，电能消耗较多的缺陷，提供一种电解水制高纯氢的装置及方法。
6.根据本发明的第一方面，提供了一种电解水制高纯氢的装置，包括水处理系统1和制氢系统2，所述水处理系统1包括通过水管依次连通的入水口3、沉淀池4、第一吸附池7、第二吸附池8以及蓄水池12；所述制氢系统2包括电解槽15和电解液16，所述蓄水池12和电解槽15通过水管连通，所述制氢系统2通过压力管道18与液氢存储罐17连通。
7.进一步的方案为，所述沉淀池4底部为锥形，底部中心位置开设有排污口4
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2，所述排污口4
‑
2上设置有插拔管4
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1，所述插拔管4
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1插入所述排污口4
‑
2时处于沉淀状态，所述插拔管4
‑
1拔出所述排污口4
‑
2时处于排污状态。
8.进一步的方案为，所述第一吸附池7内部可拆卸设置有pp棉滤芯6。
9.进一步的方案为，所述第二吸附池8内部可拆卸设置有压缩活性炭9。
10.进一步的方案为，所述蓄水池12内部设置有3组阳离子交换膜13和3组阴离子交换膜14。
11.进一步的方案为，所述第二吸附池8和蓄水池12之间设置有反渗透膜10，所述第二吸附池8和反渗透膜10之间设置有水泵5。
12.进一步的方案为，所述电解液16为氢氧化钾纯水溶液。
13.进一步的方案为，所述压力管道18上设置有氢氧分离器19。
14.根据本发明的第二方面，提供了一种电解水制高纯氢的方法，具体包括以下步骤：
15.步骤1：将原水通过入水口3引入到沉淀池4；
16.步骤2：将沉淀池4的上清液经管道送至第一吸附池7，拔起插拔管4
‑
1将沉淀物经排污口4
‑
2排放；
17.步骤3：进入第一吸附池7中的水经pp棉滤芯6第一次吸附之后，经管道送至第二吸
附池8，经压缩活性炭9第二次吸附之后，由水泵5对水加压直至水穿过反渗透膜10；
18.步骤4：经反渗透膜10过滤后的水进入蓄水池12中，再次经过阳离子交换膜13和阴离子交换膜14净化过滤，实现超纯水的制备；
19.步骤5：将制得的超纯水引入制氢系统2中，超纯水与氢氧化钾混合形成氢氧化钾纯水电解液；
20.步骤6：制氢系统2通电，电解槽16将高纯水电解为氢气和氧气；
21.步骤7：制得的氢气和氧气经过压力管道18进入氢氧分离器19进行分离，将氢气加压液化存至液氢存储罐17。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
23.(1)本发明通过通过设置pp棉滤芯和压缩活性炭，可吸附初步沉淀之后的水中较粗颗粒杂质、胶体以及对水中余氯、异味和有机化合物的吸附，增加了原水的净化提纯效果。
24.(2)本发明的沉淀池底部为锥形，当原水进入沉淀池后，在底部形成涡旋，增强了沉淀效果，并且通过插拔管的设置，可快速便捷的冲刷掉沉淀物。
25.(3)本发明经过多层净水装置，保证了进入制氢系统中的水为高纯度水，一方面减小了电能消耗，另一方面也提高了氢气纯度。
附图说明
26.以下附图仅对本发明作示意性的说明和解释，并不用于限定本发明的范围，其中：
27.图1：本发明结构示意图；
28.图2：本发明沉淀池结构示意图；
29.图3：本发明氢气收集装置结构示意图；
30.图中：1水处理系统，2制氢系统，3入水口，4沉淀池，4
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1插拔管，4
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2排污口，5水泵，6pp棉滤芯，7第一吸附池，8第二吸附池，9压缩活性炭，10反渗透膜，11浓水管，12蓄水池，13阳离子交换膜，14阴离子交换膜，15电解槽，16电解液，17液氢存储罐，18压力管道，19氢氧分离器。
具体实施方式
31.为了使本发明的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
32.根据本发明的第一方面，提供了一种电解水制高纯氢的装置，包括水处理系统1和制氢系统2，所述水处理系统1包括通过水管依次连通的入水口3、沉淀池4、第一吸附池7、第二吸附池8以及蓄水池12；所述制氢系统2包括电解槽15和电解液16，所述蓄水池12和电解槽15通过水管连通，所述制氢系统2通过压力管道18与液氢存储罐17连通。
33.其中，所述沉淀池4底部为锥形，底部中心位置开设有排污口4
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2，所述排污口4
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2上设置有插拔管4
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1，所述插拔管4
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1插入所述排污口4
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2时处于沉淀状态，所述插拔管4
‑
1拔出所述排污口4
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2时处于排污状态，当原水进入沉淀池4后，会在底部形成涡旋，增强了沉淀效果，并且通过插拔管4
‑
1的设置，可快速便捷的冲刷掉沉淀物；所述第一吸附池7内部可
拆卸设置有pp棉滤芯6，可对原水进行初级过滤，去除水中较粗颗粒杂质、胶体、悬浮物等，所述第二吸附池8内部可拆卸设置有压缩活性炭9，可进一步去除水中的余氯，除去异味和有机化合物，并且pp棉滤芯6和压缩活性炭9均可拆卸设置，便于清洗和更换；所述蓄水池12内部设置有3组阳离子交换膜13和3组阴离子交换膜14，由于负电荷离子向正极移动，正电荷离子向负极移动，然后选择性透过阴阳离子交换膜，对水进一步提纯；所述第二吸附池8和蓄水池12之间设置有反渗透膜10，所述第二吸附池8和反渗透膜10之间设置有水泵5，由于一般水压不能保证水穿过反渗透膜10，所以水泵5的设置可增加水压5
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8公斤，使水体能通过反渗透膜10；所述电解液16为氢氧化钾纯水溶液，氢氧化钾纯水溶液在直流电场作用下，钾离子带着有极性方向的水分子一同迁向阴极，这时氢离子就会首先得到电子而成为氢气；所述压力管道18上设置有氢氧分离器19，可将氢气与氧气分离，便于对氢气进行收集。
34.根据本发明的第二方面，提供了一种电解水制高纯氢的装置及方法，包括以下步骤：
35.步骤1：将原水通过入水口3引入到沉淀池4；
36.步骤2：将沉淀池4的上清液经管道送至第一吸附池7，拔起插拔管4
‑
1将沉淀物经排污口4
‑
2排放；
37.步骤3：进入第一吸附池7中的水经pp棉滤芯6第一次吸附之后，经管道送至第二吸附池8，经压缩活性炭9第二次吸附之后，由水泵5对水加压直至水穿过反渗透膜10；
38.步骤4：经反渗透膜10过滤后的水进入蓄水池12中，再次经过阳离子交换膜13和阴离子交换膜14净化过滤，实现超纯水的制备；
39.步骤5：将制得的超纯水引入制氢系统2中，超纯水与氢氧化钾混合形成氢氧化钾纯水电解液；
40.步骤6：制氢系统2通电，电解槽16将高纯水电解为氢气和氧气；
41.步骤7：制得的氢气和氧气经过压力管道18进入氢氧分离器19进行分离，将氢气加压液化存至液氢存储罐17。
42.需要说明的是，虽然上文按照特定顺序描述了各个步骤，但是并不意味着必须按照上述特定顺序来执行各个步骤，实际上，这些步骤中的一些可以并发执行，甚至改变顺序，只要能够实现所需要的功能即可。
43.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。