一种安全稳定的电解制氢系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种安全稳定的电解制氢系统，氢洗涤器与原料水管道相连通，氢洗涤器底部的出口通过U形输水管和氢分离器相连通；氢分离器底部出口通过第一氢电解液管道与氢循环泵的入口连通，氢循环泵的出口通过第二氢电解液管道与电解槽氢端入口连通；电解槽氢端出口通过氢气液管道与氢分离器上部连通，电解槽氧端出口通过氧气液管道与氧分离器上部连通；氢分离器顶部出口通过氢洗涤管道与氢洗涤器下部进口连通，氢洗涤器顶部的出口与氢气管道连通。本实用新型专利技术通过变容等压设计，消除电解水制氢升压过程中氧氢分离设备间的压力波动现象；通过提高氢氧两分离系统的液封高度，确保分离压差较大时也不会窜气，从而提高安全系数和操作弹性。系数和操作弹性。系数和操作弹性。

【技术实现步骤摘要】
一种安全稳定的电解制氢系统


[0001]本技术属于电解水制氢
，具体涉及一种安全稳定的电解制氢系统。

技术介绍

[0002]目前的电解水制氢气系统中，采用的是氧氢分离设备等容的分离工艺，在开车升压过程中氢气分离的压力变化总是大于氧气分离的压力变化，需要不断排放氢气以维持压力平衡；气液分离后的电解液过高并管回流输送到电解槽，由于运行压力较高及仪表测量误差，氧氢分离设备容易出现压力偏差，从而造成容易窜气而导致安全事故。

技术实现思路

[0003]为解决以上至少一个技术问题，本技术根据水电解制氢反应方程式2H2O＝2H2+O2，每摩尔水会生成2摩尔氢气和1摩尔氧气，即n
氢
＝2n
氧
(n为物质的量)。由于氧氢分离的温度相等，根据PV＝nRT，P
氢
/P
氧
＝(n
氢
RT
氢
/V
氢
)/(n
氧
RT
氧
/V
氧
)＝2V
氧
/V
氢
，当V
氢
/V
氧
＝2时，P
氢
＝P
氧
。即当氢分离容积为氧分离容积的2倍时，升压过程中氢分离的压力恒等于氧分离的压力。氢氧分离可视为2个独立的分离系统，系统间通过电解槽连接成连通器，根据P＝ρgh，液柱h越大则两系统间所能承受的压差就越大，两分离系统之间不容易出现窜气。
[0004]本技术第一方面提供一种安全稳定的电解制氢系统，其包括氢洗涤器1、氢分离器2、氢循环泵3、电解槽4、氧分离器6、氧循环泵5和差压变送器7；
[0005]所述氢洗涤器1与原料水管道01相连通，所述氢洗涤器1底部的出口通过U形输水管02和所述氢分离器2相连通；
[0006]所述氢分离器2底部出口通过第一氢电解液管道03与所述氢循环泵3的入口连通，所述氢循环泵3的出口通过第二氢电解液管道04与所述电解槽4氢端入口连通；
[0007]所述电解槽4氢端出口通过氢气液管道05与所述氢分离器2上部连通，所述电解槽4氧端出口通过氧气液管道15与所述氧分离器6上部连通；
[0008]所述氢分离器2顶部出口与氢气出口管道09相连，所述氢气出口管道09通过氢洗涤管道06与所述氢洗涤器1下部进口连通，所述氢洗涤器1顶部的出口与氢气管道07连通；
[0009]所述氢气出口管道09的末端设置有放空阀；
[0010]所述氧分离器6顶部出口与氧洗涤管道16相连，所述氧分离器6底部出口通过第一氧电解液管道13与所述氧循环泵5进口连通，所述氧循环泵5出口通过第二氧电解液管道14与所述电解槽4氧端入口连通；
[0011]所述氢气管道07和氧洗涤管道16之间设置有差压变送器7；
[0012]第二氢电解液管道04和第二氧电解液管道14通过电解液平衡管17连通。
[0013]优选地，所述氢气管道07和氧气管道16上均设置有调节阀。
[0014]优选地，所述氢洗涤器1、氢分离器2与氧分离器6的形状、容积及设置高度均基本相同，且所述氢洗涤器1、氢分离器2与氧分离器6设置高度高于所述电解槽4至少2m。
[0015]优选地，所述原料水管道01上设置有进口阀门。
[0016]本技术第二方面提供一种电解制氢方法，其使用本技术第一方面所述的安全稳定的电解制氢系统。
[0017]其中，所述电解制氢系统中，氢洗涤器1与氢分离器2内气体压力绝对相同，且制氢升压过程中氢洗涤器1、氢分离器2和氧分离器6气体压力变化均应维持相等。
[0018]优选地，在升压过程中，氢气管道07上的调节阀、氧气管道16上的调节阀以及氢洗涤管道06上的放空阀均处于关闭状态，确保氢洗涤器1和氢分离器2内气相部分容积之和为氧分离器6内的气相部分容积的2倍，从而确保氢洗涤器1内的氢气压力、氢分离器2内的氢气压力和氧分离器6内的氧气压力平稳上升，当氢气压力和氧气压力达到设定值时，分别开启氢气管道07和氧气管道16上的调节阀向外排出氢气和氧气。
[0019]其中，可在氢气管道07和氧气管道16上分别设置一个压力测量装置，用于测量氢分离器2内的氢气压力和氧分离器6内的氧气压力。
[0020]优选地，如氢气管道07上的调节阀全开且氢气管道07内氢气压力仍然高于氧气管道16氧气压力时，可间歇开启氢洗涤管道06上的放空阀以保持氢氧分离压力相等。
[0021]优选地，通过控制原料水管道01上的进口阀门以控制原料水的流量，从而维持氢洗涤器1、氢分离器2和氧分离器6的液位高度均在其各自液位总高度的1/4～1/3；当氢分离器2内的气体压力与氧分离器6内的气体压力出现偏差时，氢分离器2内的液位和氧分离器6内的液位会自动进行调节；当某一液位达到其液位总高度的3/4时，氢分离器2内与氧分离器6内的气体压差已超过设定值，此时相应调整氢气管道07或氧气管道16上的调节阀向外排气以降低氢分离器2和氧分离器6之间的压差；异常情况下，当液位均超过其液位总高度的3/4时，调节原料水管道01的进口阀门停止供应原料水。
[0022]如氢气管道07上的调节阀全开后压力仍然高于氧气管道16压力时，可间歇开启氢洗涤管道06上的放空阀。
[0023]优选地，利用差压变送器7精确测量氢洗涤器1和氧分离器6之间的压差，通过压差控制阀门开度，保持氢洗涤器1与氧分离器6之间的压差小于5kPa，优选地，小于2kPa，更为优选地，小于0.5kPa。从而保持氢洗涤器1、氢分离器2与氧分离器6的液位均相等且稳定。当压差为负值时，即氢洗涤器1内气体压力小于氧分离器6内气体压力时，增大氧气管道16上的调节阀的开度或减小氢气管道07上的调节阀的开度；当压差为正值时，即氢洗涤器1内气体压力高于氧分离器6内气体压力时，减小氧气管道16上的调节阀的开度或增大氢气管道07上的调节阀的开度。
[0024]其中，差压变送器7优选用微静差压变送器。
[0025]优选地，通过设置电解液平衡管17能够实现电解槽4阴阳两极间压力绝对相等。
[0026]本文所述原料水指的是正常补充到系统中的新鲜水，包括纯水、海水、盐水甚至废水等。而电解液则是指掺合了电解质或催化剂等并进入电解槽电解的原料水。
[0027]相对于现有技术，本技术具有以下有益效果：
[0028]1.本技术利用设置形状和容积均相同的氢洗涤器、氢分离器和氧分离器，使得在电解制氢升压过程中，氢分离器内气体压力变化等于氧分离器内气体压力变化，通过变容等压设计，消除电解水制氢气过程中氧氢分离设备间的压力波动现象，避免升压过程中不断地排放氢气调节压力，提高电解制氢系统的安全性和稳定性。
[0029]2.本技术通过设置相对独立的氢氧循环分离系统，提高氢氧循环分离系统的
液封高度，确保分离压差较大时也不会窜气，从而提高安全系数和操作弹性。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种安全稳定的电解制氢系统，其特征在于，所述电解制氢系统包括氢洗涤器(1)、氢分离器(2)、氢循环泵(3)、电解槽(4)、氧分离器(6)、氧循环泵(5)和差压变送器(7)；所述氢洗涤器(1)与原料水管道(01)相连通，所述氢洗涤器(1)底部的出口通过U形输水管(02)和所述氢分离器(2)相连通；所述氢分离器(2)底部出口通过第一氢电解液管道(03)与所述氢循环泵(3)的入口连通，所述氢循环泵(3)的出口通过第二氢电解液管道(04)与所述电解槽(4)氢端入口连通；所述电解槽(4)氢端出口通过氢气液管道(05)与所述氢分离器(2)上部连通，所述电解槽(4)氧端出口通过氧气液管道(15)与所述氧分离器(6)上部连通；所述氢分离器(2)顶部出口与氢气出口管道(09)相连，所述氢气出口管道(09)通过氢洗涤管道(06)与所述氢洗涤器(1)下部进口连通，所述氢洗涤器(1)顶部的出口与氢气管道(07)连通；所述氢气出口管道(09)的末...

【专利技术属性】
技术研发人员：邝允，龙成坤，陈海涛，孙浩然，但昭旺，
申请(专利权)人：深圳海氢科技有限公司，
类型：新型
国别省市：