【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电解水制氢，具体地讲，是涉及一种降低氧中氢含量的氧气气液分离装置、电解水制氢系统及其运行方法。
技术介绍
1、水电解制氢将光伏、风电等可再生能源转化为绿色氢能，应用于化工、冶金、交通等领域，实现深度脱碳，是我国“碳中和”战略目标的重要支撑。然而，水电解过程中气体纯度问题一直是制约系统效率的重要因素。氧中氢(hto)浓度是确定水电解负荷极限的关键因素，高hto水平存在爆炸风险。一般情况下，氧中氢浓度超过2％时，电解系统会被强制停机，制氢过程随之停止。减少电解系统中氧中氢浓度不仅可以最大限度地减少安全问题，还能提高电解效率。
2、因此，为解决电解水制氢系统在低负载下氧中氢浓度增加带来的运行安全问题，需要设计合适的方案，减少氧气分离器中的氢气杂质含量。这一措施不仅有助于提升系统的安全性，还能进一步优化电解效率，促进绿色氢能产业的规模化发展。
3、cn115140712a公开了一种碱性电解水制氢系统及其氧气除杂保护装置及保护方法，氧气气液分离器并连一个氧气纯化设备，对分离器中粗氧进行纯化除杂，同时纯化后氧存入所述氧气存储设备，当电解水制氢系统处于低负载工作时将储存的氧气通入氧气分离器，以降低所述氧气分离器中氧气内氢气杂质含量。该方法通过增大氧气含量的方法降低可氧中氢含量，但系统中引入了复杂的气体纯化和气体储存设备，大幅增加了电解系统的占地面积，不符合工业集装紧凑式的发展需求。
4、因此，针对工业低负荷运行电解系统氧中氢含量过高的问题，开发更高效、可实施性更高、集成式氧中氢浓度降低技术装置
技术实现思路
1、鉴于上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种降低电解水制氢系统中氧中氢含量的氧气气液分离装置、电解水制氢系统及其运行方法。不仅能降低电解水制氢系统的氧中氢的含量和气液分离器分离负荷，确保电解水制氢系统可在低负载时安全稳定运行；甚至还能直接耦合在气液分离器内部，可满足电解系统集约紧凑式的工业发展需求。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
3、一种降低电解水制氢系统中氧中氢含量的氧气气液分离装置，包括氧气气液分离器和氧中氢深度分离装置，所述氧中氢深度分离装置包括氧气纯化催化反应器和曝气装置；所述氧气气液分离器沿液体流动方向的顶部左右两侧分别开设有第一排气口和第二排气口，所述曝气装置设于靠近所述第二排气口一侧的所述氧气气液分离器的内部且设于电解液的液面之下；
4、所述氧气纯化催化反应器的两端分别开设有粗氧气进口和纯化氧气出口，所述粗氧气进口连接至所述第一排气口，所述纯化氧气出口连接至所述曝气装置的进气端，所述氧气纯化催化反应器采用催化剂使h2和o2迅速反应生成h2o。
5、本专利技术进一步设置为，所述氧气纯化催化反应器设于所述氧气气液分离器的外部。
6、本专利技术进一步设置为，所述氧气纯化催化反应器设于所述氧气气液分离器的内部且位于电解液的液面之下。
7、本专利技术进一步设置为，所述第一排气口和氧气纯化催化反应器间的连接管道上安装有动力装置，用于将所述氧气气液分离器中的粗氧气输送至氧气纯化催化反应器中。所述动力装置优选为风机。
8、本专利技术进一步设置为，所述粗氧气出口和风机间的连接管道上安装有除雾器。所述除雾器是用于除去气体中夹杂的微量液体。
9、本专利技术进一步设置为，所述氧气纯化催化反应器的进气端和气体出口间的连接管道上安装有氢气传感器，所述纯化氧气出口处安装有氢气传感器。用于监测氧中氢含量。
10、本专利技术进一步设置为，所述氧气纯化催化反应器中的催化剂选自钯触媒催化剂、铂基催化剂、银基催化剂中的一种或多种。
11、本专利技术还提供一种电解水制氢系统，包括电解槽，分别连接电解槽的氧气气液分离装置和氢气气液分离装置，所述氧气气液分离装置采用上述所述的氧气气液分离装置。
12、本专利技术还提供一种所述电解水制氢系统的运行方法，所述氧中氢深度分离装置在电解水制氢系统低负荷运行或者氧气气液分离器中氧中氢含量较高时开启运行；在电解水制氢系统高负荷运行或者氧气气液分离器中氧中氢含量较低时关闭运行。
13、本专利技术进一步设置为，控制所述氧气纯化催化反应器入口的氧气空速≥5h-1。优选地，空速为5～15h-1，进一步优选为7.5～10h-1。
14、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
15、(1)本专利技术提供的一种降低电解水制氢系统中氧中氢含量的氧气气液分离装置，所述氧中氢深度分离装置可完全耦合加装在氧气气液分离器内，不仅能降低电解水制氢系统的氧中氢的含量，确保电解水制氢系统在低负载时安全稳定运行，还能满足电解系统集约紧凑式的工业发展需求。
16、(2)本专利技术提供的氧气气液分离装置，先利用氢气和氧气在催化剂的作用下反应生成水而脱除微量氢气，同时利用产生的余热与电解液换热并用曝气装置吹脱，可大幅降低氧中氢浓度。该方法原理简单，氢气脱除效果好，应用于工业电解水系统中拥有良好的前景。
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1.一种降低电解水制氢系统中氧中氢含量的氧气气液分离装置，其特征在于，包括氧气气液分离器和氧中氢深度分离装置，所述氧中氢深度分离装置包括氧气纯化催化反应器和曝气装置；
2.根据权利要求1所述的氧气气液分离装置，其特征在于，所述氧气纯化催化反应器设于所述氧气气液分离器的外部。
3.根据权利要求1所述的氧气气液分离装置，其特征在于，所述氧气纯化催化反应器设于所述氧气气液分离器的内部且位于电解液的液面之下。
4.根据权利要求1所述的氧气气液分离装置，其特征在于，所述第一排气口和氧气纯化催化反应器间的连接管道上安装有动力装置。
5.根据权利要求1所述的氧气气液分离装置，其特征在于，所述粗氧气出口和风机间的连接管道上安装有除雾器。
6.根据权利要求1所述的氧气气液分离装置，其特征在于，所述氧气纯化催化反应器的进气端和气体出口间的连接管道上安装有氢气传感器，所述纯化氧气出口处安装有氢气传感器。
7.根据权利要求1所述的氧气气液分离装置，其特征在于，所述氧气纯化催化反应器中的催化剂选自钯基催化剂、铂基催化剂、银基催化剂中的
8.一种电解水制氢系统，其特征在于，包括电解槽，分别连接电解槽的氧气气液分离装置和氢气气液分离装置，所述氧气气液分离装置采用权利要求1～7任意一项所述的氧气气液分离装置。
9.一种如权利要求8所述的电解水制氢系统的运行方法，其特征在于，所述氧中氢深度分离装置在电解水制氢系统低负荷运行或者氧气气液分离器中氧中氢含量较高时开启运行；在电解水制氢系统高负荷运行或者氧气气液分离器中氧中氢含量较低时关闭运行。
10.根据权利要求9所述的电解水制氢系统的运行方法，其特征在于，控制所述氧气纯化催化反应器入口的氧气空速≥5h-1。
...【技术特征摘要】
1.一种降低电解水制氢系统中氧中氢含量的氧气气液分离装置，其特征在于，包括氧气气液分离器和氧中氢深度分离装置，所述氧中氢深度分离装置包括氧气纯化催化反应器和曝气装置；
2.根据权利要求1所述的氧气气液分离装置，其特征在于，所述氧气纯化催化反应器设于所述氧气气液分离器的外部。
3.根据权利要求1所述的氧气气液分离装置，其特征在于，所述氧气纯化催化反应器设于所述氧气气液分离器的内部且位于电解液的液面之下。
4.根据权利要求1所述的氧气气液分离装置，其特征在于，所述第一排气口和氧气纯化催化反应器间的连接管道上安装有动力装置。
5.根据权利要求1所述的氧气气液分离装置，其特征在于，所述粗氧气出口和风机间的连接管道上安装有除雾器。
6.根据权利要求1所述的氧气气液分离装置，其特征在于，所述氧气纯化催化反应器的进气端和气体出...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨强，吴涛，刘博，袁方，祝子坚，杨薪宇，刘磊鑫，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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