一种低压碱性电解水制氢装置的制作方法

1.本实用新型属于电解水制氢技术领域，具体涉及一种低压碱性电解水制氢装置。


背景技术：

2.氢燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源，资源丰富，可持续发展，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢能的利用需要从制氢开始，由于氢气在自然界极少以单质形式存在，需要通过工业过程制取。氢气的来源分为工业副产氢、化石燃料制氢、电解水制氢等途径，差别在于原料的再生性、co2排放、制氢成本。目前，世界上超过95％的氢气制取来源于化石燃料重整，生产过程必然排放co2；约4％～5％的氢气来源于电解水，生产过程没有co2排放。氢能产业发展初衷是零碳或低碳排放，因此绿氢(电解水制氢、可再生能源)是未来能源产业的发展方向。
3.电解水制氢绿色环保、生产灵活、纯度高，市场利用前景十分广泛。电解水制氢技术，现阶段主要有碱性水电解(alk)、质子交换膜水电解(pem)和固体氧化物水电解(soe)这三种技术，目前最为成熟的技术路线是碱性电解水制氢技术。
4.电解水制氢法是在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气，然后经气液分离过程，再经过纯化和干燥后，得到产品氢气。在这一过程中需要不断消耗并补充电解液，制取的氢气需要经过气体、碱液分离过程以及气体、水分离过程，现有工艺方法多存在流程复杂，制氢效率低，制氢过程中电解液和氢气易损失浪费等问题。


技术实现要素：

5.基于上述技术问题，本实用新型提出一种低压碱性电解水制氢装置。
6.本实用新型所采用的技术解决方案是：
7.一种低压碱性电解水制氢装置，包括电解反应槽组、氢侧气液分离罐、氧侧气液分离罐、氢侧洗涤降温塔、氧侧洗涤降温塔和洗碱水循环槽；
8.电解反应槽组的氢气出口通过第一管道连接氢侧气液分离罐的气体进口，氢侧气液分离罐的气体出口通过第二管道连接氢侧洗涤降温塔，氢侧洗涤降温塔连接氢气排出管道；
9.电解反应槽组的氧气出口通过第三管道连接氧侧气液分离罐的气体进口，氧侧气液分离罐的气体出口通过第四管道连接氧侧洗涤降温塔，氧侧洗涤降温塔连接氧气排出管道；
10.洗碱水循环槽的进口连接冷凝水输送管道，洗碱水循环槽的出口通过第五管道连接碱液冷却器的进口，在第五管道上设置有第一碱液补水泵，碱液冷却器的出口通过第六管道连接氢侧洗涤降温塔的液体进口，碱液冷却器的出口通过第七管道连接氧侧洗涤降温塔的液体进口；氢侧洗涤降温塔的液体出口和氧侧洗涤降温塔的液体出口通过第八管道连接洗碱水循环槽。
11.优选的，氢侧气液分离罐的液体出口通过第九管道连接碱液循环泵，在第九管道上设置有第一控制阀；氧侧气液分离罐的液体出口通过第十管道与第九管道或碱液循环泵连接，在第十管道上设置有第二控制阀；
12.碱液循环泵通过第十一管道连接碱液冷却器，碱液冷却器通过第十二管道连接电解反应槽组的碱液进口。
13.优选的，所述洗碱水循环槽通过第十三管道连接氢侧气液分离罐，在第十三管道上设置有第二碱液补水泵。
14.优选的，所述氢气排出管道连接待压缩氢气缓冲罐，待压缩氢气缓冲罐通过压缩系统连接压缩氢气缓冲罐，压缩氢气缓冲罐与氢气除氧塔的进口端连接，氢气除氧塔的出口端连接除氧氢气冷却器，除氧氢气冷却器连接捕消器。
15.优选的，所述捕消器连接氢气纯化单元，所述氢气纯化单元包括第一氢气吸附干燥塔和第二氢气吸附干燥塔，捕消器通过第十四管道连接第一氢气吸附干燥塔的第一端口，在第十四管道上设置有第一通断阀，第十四管道还通过第十五管道与第二氢气吸附干燥塔的第一端口连接，在第十五管道上设置有第二通断阀；
16.第一氢气吸附干燥塔的第二端口通过第十六管道连接产品氢气排出管道，在第十六管道上设置有第一单向阀；第二氢气吸附干燥塔的第二端口通过第十七管道连接产品氢气排出管道，在第十七管道上设置有第二单向阀；
17.在第十六管道和第十七管道之间还连接有第十八管道，在第十八管道上设置有调节阀；
18.在第一氢气吸附干燥塔的第一端口和第二氢气吸附干燥塔的第一端口之间还连接有第十九管道，在第十九管道上设置有第三通断阀和第四通断阀，第十九管道通过第二十管道连接再生氢气冷却器，第十九管道和第二十管道的连接点处于第三通断阀和第四通断阀之间；再生氢气冷却器与再生氢气水分离器连接。
19.优选的，再生氢气水分离器通过第二十一管道连接待压缩氢气缓冲罐。
20.本实用新型的有益技术效果是：
21.1、本实用新型设置洗碱水循环槽，为洗涤降温塔及电解反应槽组提供所需洗涤水及电解水，并将洗涤降温塔排出的洗涤水收集，实现了碱液的循环充分利用，减少浪费。
22.2、本实用新型通过各通断阀、单向阀、调节阀的合理布置，结合两个氢气吸附干燥塔，可实现粗氢连续、充分、高效干燥纯化。
23.3、本实用新型电解水制氢装置，设计灵活、工艺流程简单、制氢效率高，氢气纯度高。
附图说明
24.下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明：
25.图1为本实用新型的结构原理示意图；
26.图2为本实用新型中氢气纯化单元部分的结构原理示意图。
具体实施方式
27.结合附图，一种低压碱性电解水制氢装置，包括电解反应槽组1、氢侧气液分离罐
2、氧侧气液分离罐3、氢侧洗涤降温塔4、氧侧洗涤降温塔5和洗碱水循环槽6。电解反应槽组1的氢气出口通过第一管道7连接氢侧气液分离罐2的气体进口，氢侧气液分离罐的气体出口通过第二管道8连接氢侧洗涤降温塔4，氢侧洗涤降温塔4连接氢气排出管道9。电解反应槽组1的氧气出口通过第三管道10连接氧侧气液分离罐3的气体进口，氧侧气液分离罐3的气体出口通过第四管道11连接氧侧洗涤降温塔5，氧侧洗涤降温塔5连接氧气排出管道12。经氧侧洗涤降温塔5洗涤后的氧气通过氧气排出管道12排出，可以进一步收集利用或者直接排空。氢侧气液分离罐2和氧侧气液分离罐3用于将电解产生的氢气和氧气与碱液分离。氢侧洗涤降温塔4和氧侧洗涤降温塔5用于进一步洗涤氢气和氧气中残留的少量碱液。洗碱水循环槽6的进口连接冷凝水输送管道13，洗碱水循环槽的出口通过第五管道14连接碱液冷却器15的进口，在第五管道上设置有第一碱液补水泵16。碱液冷却器的出口通过第六管道17连接氢侧洗涤降温塔4的液体进口，碱液冷却器的出口通过第七管道18连接氧侧洗涤降温塔5的液体进口。氢侧洗涤降温塔4的液体出口和氧侧洗涤降温塔5的液体出口通过第八管道19连接洗碱水循环槽6。洗碱水循环槽6提供氢侧洗涤降温塔4和氧侧洗涤降温塔5内所需洗碱水。氢侧洗涤降温塔4、氧侧洗涤降温塔5内洗涤过后的碱液进一步通过第八管道19连接洗碱水循环槽6，实现洗碱水循环利用，优化工艺，减少浪费。
28.作为对本实用新型的进一步设计，氢侧气液分离罐2的液体出口通过第九管道20连接碱液循环泵21，在第九管道上设置有第一控制阀55。氧侧气液分离罐的液体出口通过第十管道22与第九管道或碱液循环泵连接，在第十管道上设置有第二控制阀23。碱液循环泵通过第十一管道24连接碱液冷却器25，碱液冷却器25通过第十二管道26连接电解反应槽组的碱液进口。氢侧气液分离罐2和氧侧气液分离罐3中分离的碱液可以通过碱液循环泵21和第九管道等输送回电解反应槽组1继续循环利用。
29.更进一步的，所述洗碱水循环槽6通过第十三管道27连接氢侧气液分离罐2，在第十三管道上设置有第二碱液补水泵28。洗碱水循环槽6内洗碱液可以进一步通过第二碱液补水泵28、碱液循环泵21进入电解反应槽组1，补充电解反应消耗的碱液。
30.进一步的，所述氢气排出管道9连接待压缩氢气缓冲罐29，待压缩氢气缓冲罐29通过压缩系统30连接压缩氢气缓冲罐31，压缩氢气缓冲罐31与氢气除氧塔32的进口端连接，氢气除氧塔32的出口端连接除氧氢气冷却器33，除氧氢气冷却器33连接捕消器34。经氢侧洗涤降温塔4洗涤后的氢气进一步进入压缩阶段和纯化阶段。待压缩氢气缓冲罐29起到缓冲的作用，出口连接压缩系统30，压缩待纯化氢气。氢气压缩后进入压缩氢气缓冲罐31，随后进入氢气除氧塔32，进行纯化氢气，除去水电解产生的氢气中部分混杂的氧气。经过氢气除氧塔32的氢气进入除氧氢气冷却器，用于将氢气中的部分气态水分冷凝，并进一步通过捕消器捕集杂质水分。
31.更进一步的，所述捕消器34连接氢气纯化单元，所述氢气纯化单元包括第一氢气吸附干燥塔35和第二氢气吸附干燥塔36，捕消器通过第十四管道37连接第一氢气吸附干燥塔的第一端口，在第十四管道上设置有第一通断阀38。第十四管道还通过第十五管道39与第二氢气吸附干燥塔的第一端口连接，在第十五管道上设置有第二通断阀40。第一氢气吸附干燥塔35的第二端口通过第十六管道41连接产品氢气排出管道42，在第十六管道上设置有第一单向阀43。第二氢气吸附干燥塔的第二端口通过第十七管道44连接产品氢气排出管道，在第十七管道上设置有第二单向阀45。在第十六管道和第十七管道之间还连接有第十
八管道46，在第十八管道上设置有调节阀47。在第一氢气吸附干燥塔的第一端口和第二氢气吸附干燥塔的第一端口之间还连接有第十九管道48，在第十九管道上设置有第三通断阀49和第四通断阀50。第十九管道通过第二十管道51连接再生氢气冷却器52，第十九管道和第二十管道的连接点处于第三通断阀49和第四通断阀50之间。再生氢气冷却器52与再生氢气水分离器53连接。再生氢气水分离器53通过第二十一管道54连接待压缩氢气缓冲罐29。
32.通过捕消器34等初步纯化的氢气进入氢气纯化单元进行深度纯化，具体是先经第一通断阀38进入第一氢气吸附干燥塔35，经过初步纯化的氢气进一步进入第一氢气吸附干燥塔深度去除氢气中残留的水分。第一氢气吸附干燥塔内90％的氢气经过第一单向阀43，通过产品氢气排出管道42进一步收集产品氢气，10％的氢气通过调节阀47进入第二氢气吸附干燥塔，进行再生操作。第一氢气吸附干燥塔和第二氢气吸附干燥塔内均设置有分子筛吸附剂和加热装置，第二氢气吸附干燥塔用于将分子筛吸附剂在上个周期吸附的水分解吸，完成吸附剂的再生。所述第二氢气吸附干燥塔内排出的氢气进一步通过第四通断阀50、第十九管道48、第二十管道51连接再生氢气冷却器52，使在第二氢气吸附干燥塔内加热过的氢气冷却降温，便于后续循环利用。所述再生氢气水分离器进口连接再生氢气冷却器，出口连接待压缩氢气缓冲罐，用于去除再生氢气中混有的部分水分，送至待压缩氢气缓冲罐的气体与电解水粗氢混合，进一步完成纯化过程，减少浪费。
33.进一步地，完成一次氢气纯化后，通过通断阀等的切换，第一氢气吸附干燥塔与第二氢气吸附干燥塔工作状态对调切换，需要深度纯化的氢气先通过第二通断阀40进入第二氢气吸附干燥塔进行氢气干燥纯化，90％干燥后的氢气经第二单向阀45排出，10％的氢气通过调节阀47进入第一氢气吸附干燥塔完成塔内分子筛吸附剂再生，随后再通过第三通断阀49等进入再生氢气冷却器52处理，再经再生氢气水分离器53处理后送至待压缩氢气缓冲罐29。
34.以上第一氢气吸附干燥塔和第二氢气吸附干燥塔完成一次纯化后，切换工作状态，继续完成下一周期纯化，以上两个周期纯化过程为一个循环周期，持续工作，实现电解反应氢气不间断纯化。
35.本实用新型低压碱性电解水制氢装置的工作过程如下：
36.电解反应槽组1内发生水电解反应，产生氢气和氧气，然后分别进入氢侧气液分离罐2和氧侧气液分离罐3，进行分离气体和碱液，分离出的碱液可通过第九管道20、碱液循环泵21等送至电解反应槽组1，补充消耗的电解液。经过初步气液分离的氢气和氧气分别输送至氢侧洗涤降温塔4和氧侧洗涤降温塔5进一步纯化去除气体中混有的碱液，洗碱水循环槽6为洗涤降温塔及电解槽提供所需洗涤水和电解水。完成碱液纯化的氢气继续进入压缩系统，压缩氢气，然后进入氢气除氧塔，去除杂质氢气，再经除氧氢气冷却器和捕消器处理，最后进入纯化单元。通过循环工作的第一氢气吸附干燥塔35和第二氢气吸附干燥塔36完成水分脱除，深度纯化，收集产品氢气。
37.上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
38.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。