CN113430534B - 制氢方法、制氢***、制氢电解液的循环方法和循环装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制氢方法、制氢***、制氢电解液的循环方法和循环装置,上述循环方法包括氧侧电解液循环方法和/或氢侧电解液循环方法;氧侧电解液循环方法包括步骤:对电解槽氧侧排出的气液混合物进行气液分离,获得氧侧分离电解液;对氧侧分离电解液进行降压气液分离,获得氧侧降压分离电解液;对氧侧降压分离电解液进行升压并将输入电解槽;氢侧电解液循环方法包括步骤:对电解槽氢侧排出的气液混合物进行气液分离,获得氢侧分离电解液;对氢侧分离电解液进行降压气液分离,获得氢侧降压分离电解液;对氢侧降压分离电解液进行升压并输入电解槽。上述循环方法能提高电解水制氢所得的氢气纯度和氧气纯度,也能保证较高的***压力。
Description
技术领域
本发明涉及电解水制氢技术领域,更具体地说,涉及一种制氢方法、制氢***、制氢电解液的循环方法和循环装置。
背景技术
目前,电解水制氢工艺中,电解槽电解产生的氢侧气液混合物和氧侧气液混合物分别进入各自的气液分离器中,气液分离器分离出的电解液汇合后进入换热器进行冷却,然后回输至电解槽。
由于整个制氢***的压力较高,电解液包含氢气和氧气,经过冷却的电解液带着氢气和氧气进入电解槽的阳极和阴极电解室内,造成阳极电解室内产生的氧气中混有氢气、阴极电解室内电解产生的氢气中混有氧气,导致获得的氢气的纯度较低。
综上所述,如何提高电解水制氢所得的氢气纯度,是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种制氢电解液的循环方法,以提高电解水制氢所得的氢气纯度。本发明的另一目的是提供一种制氢电解液的循环装置、一种制氢方法、以及一种制氢***,其中,上述制氢方法包括上述制氢电解液的循环方法,上述制氢***包括上述制氢电解液的循环装置。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种制氢电解液的循环方法,包括氧侧电解液循环方法和/或氢侧电解液循环方法;
其中,所述氧侧电解液循环方法包括步骤:对电解槽氧侧排出的气液混合物进行气液分离,获得分离氧气和氧侧分离电解液;对所述氧侧分离电解液进行至少一次降压气液分离,获得降压分离氧气和氧侧降压分离电解液;对所述氧侧降压分离电解液进行升压,并将升压后的所述氧侧降压分离电解液输入所述电解槽;
所述氢侧电解液循环方法包括步骤:对电解槽氢侧排出的气液混合物进行气液分离,获得分离氢气和氢侧分离电解液;对所述氢侧分离电解液进行至少一次降压气液分离,获得降压分离氢气和氢侧降压分离电解液;对所述氢侧降压分离电解液进行升压,并将升压后的所述氢侧降压分离电解液输入所述电解槽。
可选地,所述氧侧电解液循环方法还包括步骤:对所述氧侧降压分离电解液进行冷却,所述步骤对所述氧侧降压分离电解液进行冷却在所述步骤对所述氧侧降压分离电解液进行升压之前或之后;
所述氢侧电解液循环方法还包括步骤:对所述氢侧降压分离电解液进行冷却,所述步骤对所述氢侧降压分离电解液进行冷却在所述步骤对所述氢侧降压分离电解液进行升压之前或之后。
可选地,采用同一降压气液分离装置对所述氧侧分离电解液和所述氢侧分离电解液进行降压气液分离;
或者,采用氧侧降压气液分离装置对所述氧侧分离电解液进行降压气液分离,采用氢侧降压气液分离装置对所述氢侧分离电解液进行降压气液分离,所述氧侧降压气液分离装置和所述氢侧降压气液分离装置非同一装置。
可选地,采用同一升压泵对所述氧侧降压分离电解液和所述氢侧降压分离电解液进行升压;
或者,采用氧侧升压泵对所述氧侧降压分离电解液进行升压,采用氢侧升压泵对所述氢侧降压分离电解液进行升压,所述氧侧升压泵和所述氢侧升压泵非同一升压泵。
可选地,所述氧侧电解液循环方法中,将所述氧侧分离电解液的压力降压至0-4.0MPa,将所述氧侧降压分离电解液的压力升至0.5-4.0Mpa;
所述氢侧电解液循环方法中,将所述氢侧分离电解液的压力降压至0-4.0MPa,将所述氢侧降压分离电解液的压力升至0.5-4.0Mpa。
本发明提供的制氢电解液的循环方法中,通过对气液分离所得的氧侧分离电解液进行降压气液分离,即通过降压进一步分离出电解液中的氧气,降低了进入电解槽的电解液含氧量,从而降低了阴极电解室内电解产生的氢气所混有的氧气量,有效提高了电解水制氢所得的氢气纯度;同时,通过对降压气液分离所得的氧侧降压分离电解液进行升压,保证了较高的***压力,减小了气体在储存运输过程中的功耗,降低了能耗,实现了节能。
本发明提供的制氢电解液的循环方法中,通过对气液分离所得的氢侧分离电解液进行降压气液分离,即通过降压进一步分离出电解液中的氢气,降低了进入电解槽的电解液含氢量,从而降低了阳极电解室内电解产生的氧气所混有的氢气量,有效提高了电解水制氢所得的氧气纯度;同时,通过对降压气液分离所得的氢侧降压分离电解液进行升压,保证了较高的***压力,减小了气体在储存运输过程中的功耗,降低了能耗,实现了节能。
同时,本发明提供的制氢电解液的循环方法,能够提高了电解水制氢所得的氢气纯度和氧气纯度,则减小了纯化设备的操作负荷,也提高了纯化设备中催化剂的使用寿命,降低了成本。
基于上述提供的制氢电解液的循环方法,本发明还提供了一种制氢方法,该制氢方法包括上述任一项所述的循环方法。
基于上述提供的制氢电解液的循环方法,本发明还提供了一种制氢电解液的循环装置,该制氢电解液的循环装置其特征在于,包括:氧侧电解液循环装置和/或氢侧电解液循环装置;
其中,所述氧侧电解液循环装置包括:氧侧气液分离装置,用于对电解槽氧侧排出的气液混合物进行气液分离;至少一个氧侧降压气液分离装置,用于对所述氧侧气液分离装置分离出的氧侧分离电解液进行降压气液分离;氧侧升压装置,用于对所述氧侧降压气液分离装置分离出的氧侧降压分离电解液进行升压;氧侧输送装置,用于将升压后的所述氧侧降压分离电解液输入所述电解槽;
所述氢侧电解液循环装置包括:氢侧气液分离装置,用于对电解槽氢侧排出的气液混合物进行气液分离;至少一个氢侧降压气液分离装置,用于对所述氢侧气液分离装置分离出的氢侧分离电解液进行降压气液分离;氢侧升压装置,用于对所述氢侧降压气液分离装置分离出的氢侧降压分离电解液进行升压;氢侧输送装置,用于将升压后的所述氢侧降压分离电解液输入所述电解槽;
若所述氧侧降压气液分离装置至少为两个,则任意两个所述氧侧降压气液分离装置串联;若所述氢侧降压气液分离装置至少为两个,则任意两个所述氢侧降压气液分离装置串联。
可选地,所述氧侧电解液循环装置还包括:氧侧冷却装置,用于对所述氧侧降压分离电解液进行冷却;其中,所述氧侧冷却装置位于所述氧侧升压装置的上游或下游;
所述氢侧电解液循环装置还包括:氢侧冷却装置,用于对所述氢侧降压分离电解液进行冷却;其中,所述氢侧冷却装置位于所述氢侧升压装置的上游或下游。
可选地,所述氧侧冷却装置和所述氢侧冷却装置为同一装置。
可选地,所述氧侧升压装置和所述氧侧输送装置为同一升压泵;
和/或,所述氢侧升压装置和所述氢侧输送装置为同一升压泵;
和/或,所述氧侧降压气液分离装置包括氧侧闪蒸器,所述氧侧闪蒸器的进管设置有氧侧减压阀;
和/或,所述氢侧降压气液分离装置包括氢侧闪蒸器,所述氢侧闪蒸器进管设置有氢侧减压阀。
可选地,所述氢侧降压气液分离装置和所述氧侧降压气液分离装置为同一装置,或者所述氢侧降压气液分离装置和所述氧侧降压气液分离装置非同一装置。
可选地,所述氢侧升压装置和所述氧侧升压装置为同一装置,或者所述氢侧升压装置和所述氧侧升压装置非同一装置。
可选地,所述氧侧电解液循环装置还包括:氧侧控制器,用于控制所述氧侧降压气液分离装置将所述氧侧分离电解液的压力降至第一氧侧设定压力范围内、以及用于控制所述氧侧升压装置将所述氧侧降压分离电解液的压力升至第二氧侧设定压力范围内;
所述氢侧电解液循环装置还包括:氢侧控制器,用于控制所述氢侧降压气液分离装置将所述氢侧分离电解液的压力降至第一氢侧设定压力范围内、以及用于控制所述氢侧升压装置将所述氢侧降压分离电解液的压力升至第二氢侧设定压力范围内。
可选地,所述氧侧控制器和所述氢侧控制器集成为一体。
基于上述提供的制氢电解液的循环装置,本发明还提供了一种制氢***,该制氢***包括电解液循环装置,所述电解液循环装置为上述任一项所述的循环装置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的制氢电解液的循环装置的结构示意图;
图2为本发明实施例二提供的制氢电解液的循环装置的结构示意图;
图3为本发明实施例三提供的制氢电解液的循环装置的结构示意图;
图4为本发明实施例四提供的制氢电解液的循环装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的制氢电解液的循环方法,包括氧侧电解液循环方法和/或氢侧电解液循环方法。
具体地,上述氧侧电解液循环方法包括步骤:
S01)对电解槽氧侧排出的气液混合物进行气液分离,获得分离氧气和氧侧分离电解液:
可以理解的是,电解槽氧侧排出的气液混合物,即自电解槽的氧侧出口排出的气液混合物,该气液混合物为氧气与电解液的气液混合物。氧侧分离电解液中还存在氧气。
S02)对氧侧分离电解液进行降压气液分离,获得降压分离氧气和氧侧降压分离电解液:
可选择采用闪蒸器对氧侧分离电解液进行降压气液分离,具体地,闪蒸器的进管上的减压阀对氧侧分离电解液进行降压,在闪蒸器内通过降压实现闪蒸,从而实现气液分离。
通过降压气液分离,可进一步排出电解液中的氧气,提高了氢气纯度。
S03)对氧侧降压分离电解液进行升压:
由于经过了降压,上述氧侧降压分离电解液的压力较低。为了保证较高的***压力,减小气体在储存运输过程中的功耗,对氧侧降压分离电解液进行升压,例如可采用升压泵对氧侧降压分离电解液进行升压。
S04)将升压后的氧侧降压分离电解液输入电解槽:
可选择输送泵将升压后的氧侧降压分离电解液输入电解槽,由于可采用升压泵对氧侧降压分离电解液进行升压,因此,可采用升压泵对氧侧降压分离电解液进行升压并将升压后的氧侧降压分离电解液输入电解槽。这样,减少了装置数量,降低了成本;而且,采用升压泵对氧侧降压分离电解液进行升压,较采用压缩机对气体升压相比,降低了能耗,也降低了危险性,便于保证了整个制氢工艺长周期稳定运转。
本发明实施例提供的制氢电解液的循环方法中,通过对气液分离所得的氧侧分离电解液进行降压气液分离,即通过降压进一步分离出电解液中的氧气,降低了进入电解槽的电解液含氧量,从而降低了阴极电解室内电解产生的氢气所混有的氧气量,有效提高了电解水制氢所得的氢气纯度;同时,通过对降压气液分离所得的氧侧降压分离电解液进行升压,保证了较高的***压力,减小了气体在储存运输过程中的功耗,降低了能耗,实现了节能。
同时,本发明实施例提供的制氢电解液的循环方法,提高了电解水制氢所得的氢气纯度,则减小了纯化设备的操作负荷,也提高了纯化设备中催化剂的使用寿命,降低了制氢成本。
上述氧侧电解液循环方法中,对氧侧分离电解液进行的降压气液分离的次数可为一个,也可为两次以上。可以理解的是,降压气液分离的次数越多,氢气的纯度越高。为了提高氢气纯度,可选择降压气液分离的次数为两次以上。例如,降压气液分离的次数为两次,第一次降压气液分离获得的电解液进行第二次降压气液分离。
电解液进入电解槽之前需要被冷却,为了优化上述方案,可选择上述氧侧电解液循环方法还包括步骤:对氧侧降压分离电解液进行冷却,上述步骤对氧侧降压分离电解液进行冷却在上述步骤S03之前或之后。
具体地,可选择上述步骤对氧侧降压分离电解液进行冷却在上述步骤S03之后。这样,可以避免在冷却过程中因气体溢出而导致的换热效率降低,降低了能耗,保证了进入电解槽的电解液物性稳定可靠;还能够防止电解液在冷却过程中出现凝析气,避免了凝析气进入输送装置,从而避免了凝析气影响输送装置的正常工作;也能够提高电解液中氧气的回收率。
上述制氢电解液的循环方法中,对氧侧降压分离电解液进行升压的次数可为一次,也可为两次以上,只要保证升至所需的压力即可。在实际应用过程中,为了保证稳定性,可选择分级升压,即对氧侧降压分离电解液进行升压的次数至少为两次。例如,对氧侧降压分离电解液进行升压的次数为两次,即对氧侧降压分离电解液进行第一次升压后,再进行第二次升压。
若对氧侧降压分离电解液进行升压的次数至少为两次,可选择在升压之前对氧侧降压分离电解液进行冷却,也可选择在相邻的两次升压之间对氧侧降压分离电解液进行冷却。若选择后者,即上述制氢电解液的循环方法在相邻的两次升压之间还包括步骤:对氧侧降压分离电解液进行冷却。
可以理解是,对氧侧降压分离电解液进行冷却的次数为一次。在实际应用过程中,可增加冷却次数,本实施例对此不做限定。
上述氢侧电解液循环方法包括步骤:
S01’)对电解槽氢侧排出的气液混合物进行气液分离,获得分离氢气和氢侧分离电解液:
可以理解的是,电解槽氢侧排出的气液混合物,即自电解槽的氢侧出口排出的气液混合物,该气液混合物为氢气与电解液的气液混合物。氢侧分离电解液中还存在氢气。
S02’)对氢侧分离电解液进行降压气液分离,获得降压分离氢气和氢侧降压分离电解液:
可选择采用闪蒸器对氢侧分离电解液进行降压气液分离,具体地,闪蒸器的进管上的减压阀对氢侧分离电解液进行降压,在闪蒸器内通过降压实现闪蒸,从而实现气液分离。
通过降压气液分离,可进一步排出电解液中的氢气,提高了氧气纯度。
S03’)对氢侧降压分离电解液进行升压:
由于经过了降压,上述氢侧降压分离电解液的压力较低。为了保证较高的***压力,减小气体在储存运输过程中的功耗,对氢侧降压分离电解液进行升压,例如可采用升压泵对氢侧降压分离电解液进行升压。
S04’)将升压后的氢侧降压分离电解液输入电解槽:
可选择输送泵将升压后的氢侧降压分离电解液输入电解槽,由于可采用升压泵对氢侧降压分离电解液进行升压,因此,可采用升压泵对氢侧降压分离电解液进行升压并将升压后的氢侧降压分离电解液输入电解槽。这样,减少了装置数量,降低了成本;而且,采用升压泵对氢侧降压分离电解液进行升压,较采用压缩机对气体升压相比,降低了能耗,也降低了危险性,便于保证了整个制氢工艺长周期稳定运转。
上述氢侧电解液循环方法中,通过对气液分离所得的氢侧分离电解液进行降压气液分离,即通过降压进一步分离出电解液中的氢气,降低了进入电解槽的电解液含氢量,从而降低了阳极电解室内电解产生的氧气所混有的氢气量,有效提高了电解水制氢所得的氧气纯度;同时,通过对降压气液分离所得的氢侧降压分离电解液进行升压,保证了较高的***压力,减小了气体在储存运输过程中的功耗,降低了能耗,实现了节能。
同时,上述氢侧电解液循环方法,提高了电解水制氢所得的氧气纯度,则减小了纯化设备的操作负荷,也提高了纯化设备中催化剂的使用寿命,降低了成本。
上述制氢电解液的循环方法中,步骤S01和步骤S01’可同时进行,也可先后进行;步骤S02和步骤S02’可同时进行,也可先后进行;步骤S03和步骤S03’可同时进行,也可先后进行;步骤S04和步骤S04’可同时进行,也可先后进行,只要保证正常工作即可。
上述氢侧电解液循环方法中,对氢侧分离电解液进行的降压气液分离的次数可为一个,也可为两次以上。可以理解的是,降压气液分离的次数越多,氧气的纯度越高。为了提高氢气纯度,可选择降压气液分离的次数为两次以上。例如,降压气液分离的次数为两次,第一次降压气液分离获得的电解液进行第二次降压气液分离。
电解液进入电解槽之前需要被冷却,可选择上述氢侧电解液循环方法还包括步骤:对氢侧降压分离电解液进行冷却,上述步骤对氢侧降压分离电解液进行冷却在上述步骤S03’之前或之后。
具体地,可选择上述步骤对氢侧降压分离电解液进行冷却在上述步骤S03’之后。这样,可以避免在冷却过程中因气体溢出而导致的换热效率降低,降低了能耗,保证了进入电解槽的电解液物性稳定可靠;还能够防止电解液在冷却过程中出现凝析气,避免了凝析气进入输送装置,从而避免了凝析气影响输送装置的正常工作;也能够提高电解液中氧气的回收率。
上述氢侧电解液循环方法中,对氢侧降压分离电解液进行升压的次数可为一个,也可为两次以上,只要保证升至所需的压力即可。在实际应用过程中,为了保证稳定性,可选择分级升压,即对氢侧降压分离电解液进行升压的次数至少为两次。例如,对氢侧降压分离电解液进行升压的次数为两次,即对氢侧降压分离电解液进行第一次升压后,再进行第二次升压。
若对氢侧降压分离电解液进行升压的次数至少为两次,可选择在升压之前对氢侧降压分离电解液进行冷却,也可选择在相邻的两次升压之间对氢侧降压分离电解液进行冷却。若选择后者,即上述氢侧电解液循环方法,在相邻的两次升压之间还包括步骤:对氢侧降压分离电解液进行冷却。
可以理解是,对氢侧降压分离电解液进行冷却的次数为一次。在实际应用过程中,可增加冷却次数,本实施例对此不做限定。
上述氢侧电解液循环方法中,可选择氢侧分离电解液的降压气液分离次数为一次,氧侧分离电解液的降压气液分离次数为一次或两次以上;也可选择上述氢侧分离电解液的降压气液分离的次数至少为两次,氧侧分离电解液的降压气液分离次数为一次或两次以上。
可以理解的是,上述氢侧分离电解液的降压气液分离次数和上述氧侧分离电解液的降压气液分离次数可相同、也可不同。
上述制氢电解液的循环方法中,可采用同一降压气液分离装置对氧侧分离电解液和氢侧分离电解液进行降压气液分离,例如采用同一闪蒸器对氧侧分离电解液和氢侧分离电解液进行降压气液分离,此时,氧侧分离电解液和氢侧分离电解液先汇合然后进入同一闪蒸器。这样,减少了装置,降低了成本。
当然,也可选择采用氧侧降压气液分离装置对氧侧分离电解液进行降压气液分离,采用氢侧降压气液分离装置对氢侧分离电解液进行降压气液分离,氧侧降压气液分离装置和氢侧降压气液分离装置非同一装置。这样,虽然成本较高,但是提高了氢气纯度和氧气纯度。
上述制氢电解液的循环方法中,若氧侧降压气液分离装置和氢侧降压气液分离装置中至少一者的数目为两个以上时,则还存在其他的选择。具体地,若氧侧降压气液分离装置的数目大于氢侧降压气液分离装置的数目,则可选择一个氧侧降压气液分离装置和一个氢侧降压气液分离装置为同一个装置,其他的氧侧降压气液分离装置和氢侧降压气液分离装置非同一个装置;若氧侧降压气液分离装置的数目小于氢侧降压气液分离装置的数目,则可选择一个氧侧降压气液分离装置和一个氢侧降压气液分离装置为同一个装置,其他的氢侧降压气液分离装置和氧侧降压气液分离装置非同一个装置;若氧侧降压气液分离装置和氢侧降压气液分离装置的数目相等,则可选择一个氧侧降压气液分离装置和一个氢侧降压气液分离装置为同一个装置,其他的氢侧降压气液分离装置和其他的氧侧降压气液分离装置非同一个装置。
上述制氢电解液的循环方法中,可采用同一升压泵对氧侧降压分离电解液和氢侧降压分离电解液进行升压,此时,氧侧降压分离电解液和氢侧降压分离电解液需要先汇合后再进入升压泵。这样,减少了装置,降低了成本。
当然,也可选择采用氧侧升压泵对氧侧降压分离电解液进行升压,采用氢侧升压泵对氢侧降压分离电解液进行升压,氧侧升压泵和氢侧升压泵非同一升压泵。这样,虽然成本较高,但是提高了升压效率。
上述制氢电解液的循环方法中,若氧侧升压泵和氢侧升压泵中至少一者的数目为两个以上时,则还存在其他的选择。具体地,若氧侧升压泵的数目小于氢侧升压泵的数目,则可选择一个氧侧升压泵和一个氢侧升压泵为同一个装置,其他的氢侧升压泵和氧侧升压泵非同一个装置;若氧侧升压泵的数目大于氢侧升压泵的数目,则可选择一个氧侧升压泵和一个氢侧升压泵为同一个装置,其他的氧侧升压泵和氢侧升压泵非同一个装置;若氧侧升压泵和氢侧升压泵的数目相等,则可选择一个氧侧升压泵和一个氢侧升压泵为同一个装置,其他的氧侧升压泵和其他的氢侧升压泵非同一个装置。
上述制氢电解液的循环方法中,降压气液分离过程中,电解液的压力所降至的范围以及升压过程中电解液的压力所升至的范围,根据实际需要进行选择,例如根据整个制氢***的压力进行设定。具体地,可选择降压气液分离中,将氧侧分离电解液的压力降压至0-4.0MPa,将氧侧降压分离电解液的压力升至0.5-4.0Mpa;和/或,可选择降压气液分离中,将氢侧分离电解液的压力降压至0-4.0MPa,将氢侧降压分离电解液的压力升至0.5-4.0Mpa。
需要说明的是,上述氧侧分离电解液的降压气液分离次数为两次以上时,进行分级降压,最终将氧侧分离电解液的压力降压至0-4.0MPa;上述氢侧分离电解液的降压气液分离次数为两次以上时,进行分级降压,最终将氢侧分离电解液的压力降压至0-4.0MPa;上述氧侧降压分离电解液的升压次数为两次以上时,进行分级升压,最终将氧侧降压分离电解液的压力升至0.5-4.0Mpa;上述氢侧降压分离电解液的升压次数为两次以上时,进行分级升压,最终将氢侧降压分离电解液的压力升至0.5-4.0Mpa。
在实际应用过程中,也可选择上述数值范围为其他,并不局限于上述限定。
为了更为具体地说明本发明实施例提供的制氢电解液的循环方法,下面提供四个实施例进行具体说明。
实施一
本实施例一提供的制氢电解液的循环方法包括氧侧电解液循环方法。具体地,上述制氢电解液的循环方法包括步骤:
S11)对电解槽氧侧排出的气液混合物进行气液分离,获得分离氧气和氧侧分离电解液;
S12)对氧侧分离电解液进行降压气液分离,获得降压分离氧气和氧侧降压分离电解液;
S13)对氧侧降压分离电解液进行第一次升压;
S14)对氧侧降压分离电解液进行冷却;
S15)对氧侧降压分离电解液进行第二次升压并将升压后的氧侧降压分离电解液输入电解槽。
实施二
本实施例二提供的制氢电解液的循环方法包括氧侧电解液循环方法和氢侧电解液循环方法。具体地,上述制氢电解液的循环方法包括步骤:
S21)对电解槽氧侧排出的气液混合物进行气液分离,获得分离氧气和氧侧分离电解液;对电解槽氢侧排出的气液混合物进行气液分离,获得分离氢气和氢侧分离电解液;
S22)将氧侧分离电解液和氢侧分离电解液汇合且形成汇合电解液,对汇合电解液进行降压气液分离,获得降压分离气体和降压分离电解液;
S23)对降压分离电解液进行冷却;
S24)对降压分离电解液进行升压并将升压后的降压分离电解液输入电解槽。
实施三
本实施例三提供的制氢电解液的循环方法包括氧侧电解液循环方法和氢侧电解液循环方法。具体地,上述制氢电解液的循环方法包括步骤:
S31)对电解槽氧侧排出的气液混合物进行气液分离,获得分离氧气和氧侧分离电解液;对电解槽氢侧排出的气液混合物进行气液分离,获得分离氢气和氢侧分离电解液;
S32)对氧侧分离电解液进行降压气液分离,获得降压分离氧气和氧侧降压分离电解液;对氢侧分离电解液进行降压气液分离,获得降压分离氢气和氢侧降压分离电解液;
S33)将氧侧降压分离电解液和氢侧降压分离电解液汇合且形成汇合电解液,对汇合电解液进行冷却;
S34)对汇合电解液进行升压并将升压后的汇合电解液输入电解槽。
实施四
本实施例四提供的制氢电解液的循环方法包括氧侧电解液循环方法和氢侧电解液循环方法。具体地,上述制氢电解液的循环方法包括步骤:
S41)对电解槽氧侧排出的气液混合物进行气液分离,获得分离氧气和氧侧分离电解液;对电解槽氢侧排出的气液混合物进行气液分离,获得分离氢气和氢侧分离电解液;
S42)将氧侧分离电解液和氢侧分离电解液汇合且形成汇合电解液,对汇合电解液进行第一次降压气液分离,获得第一次降压分离气体和第一次降压分离电解液;
S43)对第一次降压分离电解液进行第二次降压气液分离,获得第二次降压分离气体和第二次降压分离电解液;
S44)对第二次降压分离电解液进行冷却;
S45)对第二次降压分离电解液进行升压并将升压后的第二次降压分离电解液输入电解槽。
基于上述实施例提供的制氢电解液的循环方法,本发明实施例还提供了一种制氢方法,该制氢方法包括上述实施例所述的制氢电解液的循环方法。
由于上述实施例提供的制氢电解液的循环方法具有上述技术效果,上述制氢方法包括上述制氢电解液的循环方法,则上述制氢方法也具有相应的技术效果,本文不再赘述。
基于上述实施例提供的制氢电解液的循环方法,本发明实施例还提供了一种制氢电解液的循环装置,该制氢电解液的循环装置包括:氧侧电解液循环装置和/或氢侧电解液循环装置。
具体地,上述氧侧电解液循环装置包括:氧侧气液分离装置,氧侧降压气液分离装置,氧侧升压装置,以及氧侧输送装置;其中,氧侧气液分离装置用于对电解槽氧侧排出的气液混合物进行气液分离;氧侧降压气液分离装置用于对氧侧气液分离装置分离出的氧侧分离电解液进行降压气液分离;氧侧升压装置用于对氧侧降压气液分离装置分离出的氧侧降压分离电解液进行升压;氧侧输送装置用于将升压后的氧侧降压分离电解液输入电解槽。
需要说明的是,电解槽氧侧排出的气液混合物,即自电解槽的氧侧出口排出的气液混合物,该气液混合物为氧气与电解液的气液混合物。氧侧分离电解液中还存在氧气,因此,还需要进行降压气液分离,以提高纯度。
对于上述氧侧降压分离装置的具体类型,根据实际需要进行选择,例如,上述氧侧降压分离装置包括氧侧闪蒸器,氧侧闪蒸器的进管设置有氧侧减压阀,上述氧侧减压阀对氧侧分离电解液进行降压,在闪蒸器内实现闪蒸,从而实现气液分离。因此,通过降压气液分离,可进一步排出电解液中的氧气,提高了氢气纯度。
上述氧侧降压分离装置可为一个,也可为两个以上且依次串联,根据所需的氢气纯度进行选择,本实施例对此不做限定。
由于经过了降压,上述氧侧降压分离电解液的压力较低。为了保证较高的***压力,减小气体在储存运输过程中的功耗,氧侧升压装置对氧侧降压分离电解液进行升压,例如氧侧升压装置可为氧侧升压泵,本实施例对此不做限定。采用氧侧升压泵对氧侧降压分离电解液进行升压,较采用压缩机对气体升压相比,降低了能耗,也降低了危险性,便于保证了整个制氢工艺长周期稳定运转。
上述氧侧电解液循环装置中,通过氧侧降压分离装置对气液分离所得的氧侧分离电解液进行降压气液分离,即通过降压进一步分离出电解液中的氧气,降低了进入电解槽的电解液含氧量,从而降低了阴极电解室内电解产生的氢气所混有的氧气量,有效提高了电解水制氢所得的氢气纯度;同时,通过氧侧升压装置对降压气液分离所得的氧侧降压分离电解液进行升压,保证了较高的***压力,减小了气体在储存运输过程中的功耗,降低了能耗,实现了节能。
同时,上述氧侧电解液循环装置中,提高了电解水制氢所得的氢气纯度,则减小了纯化设备的操作负荷,也提高了纯化设备中催化剂的使用寿命,降低了制氢成本。
电解液进入电解槽之前需要被冷却,因此,上述氧侧电解液循环装置还包括氧侧冷却装置,该氧侧冷却装置用于对氧侧降压分离电解液进行冷却;其中,氧侧冷却装置位于氧侧升压装置的上游或下游。
可以理解的是,上述氧侧冷却装置位于氧侧降压分离装置的下游。
具体地,可选择上述氧侧冷却装置位于氧侧升压装置的下游,这样可以避免在冷却过程中因气体溢出而导致的换热效率降低,降低了能耗,保证了进入电解槽的电解液物性稳定可靠;还能够防止电解液在冷却过程中出现凝析气,避免了凝析气进入输送装置,从而避免了凝析气影响输送装置的正常工作;也能够提高电解液中氧气的回收率。
上述氧侧升压装置可为一个,也可为两个以上,只要保证升至所需的压力即可。在实际应用过程中,为了保证稳定性,可选择分级升压,即上述氧侧升压装置至少为两个且依次串联设置。例如,氧侧升压装置为两个,分别为第一氧侧升压装置和第二氧侧升压装置,氧侧降压分离电解液依次经过第一氧侧升压装置和第二氧侧升压装置。
若上述氧侧升压装置至少为两个且依次串联设置,则可选择上述氧侧冷却装置位于两个氧侧升压装置之间。
可以理解是,上述氧侧冷却装置为一个。在实际应用过程中,也可选择上述氧侧冷却装置为两个以上,本实施例对此不做限定。
上述氧侧输送装置可为泵,若氧侧升压装置为氧侧升压泵,则可选择上述氧侧输送装置和氧侧升压装置为同一装置,即上述氧侧输送装置和氧侧升压装置为同一升压泵。这样,减少了装置数量,降低了成本。
上述氢侧电解液循环装置包括:氢侧气液分离装置,氢侧降压气液分离装置,氢侧升压装置,以及氢侧输送装置;其中,氢侧气液分离装置用于对电解槽氢侧排出的气液混合物进行气液分离;氢侧降压气液分离装置用于对氢侧气液分离装置分离出的氢侧分离电解液进行降压气液分离;氢侧升压装置用于对氢侧降压气液分离装置分离出的氢侧降压分离电解液进行升压;氢侧输送装置用于将升压后的氢侧降压分离电解液输入电解槽。
可以理解的是,电解槽氢侧排出的气液混合物,即自电解槽的氢侧出口排出的气液混合物,该气液混合物为氢气与电解液的气液混合物。氢侧分离电解液中还存在氢气,因此,需要进行降压气液分离,以提高纯度。
上述氢侧降压分离装置的具体类型,根据实际需要进行选择。具体地,可选择上述氢侧降压分离装置包括氢侧闪蒸器,氢侧闪蒸器的进管设置有氢侧减压阀。其中,氢侧减压阀对氢侧分离电解液进行降压,在氢侧闪蒸器内通过降压实现闪蒸,从而实现气液分离。因此,通过降压气液分离,可进一步排出电解液中的氢气,提高了氧气纯度。
上述氢侧降压分离装置可为一个,也可为两个以上且依次串联,根据所需的氧气纯度进行选择,本实施例对此不做限定。
由于经过了降压,上述氢侧降压分离电解液的压力较低。为了保证较高的***压力,减小气体在储存运输过程中的功耗,上述氢侧升压装置对氢侧降压分离电解液进行升压,为了便于升压,上述氢侧升压装置为氢侧升压泵。这样,较采用压缩机对气体升压相比,降低了能耗,也降低了危险性,便于保证了整个制氢工艺长周期稳定运转。
上述氢侧电解液循环装置中,通过氢侧降压分离装置对气液分离所得的氢侧分离电解液进行降压气液分离,即通过降压进一步分离出电解液中的氢气,降低了进入电解槽的电解液含氢量,从而降低了阳极电解室内电解产生的氧气所混有的氢气量,有效提高了电解水制氢所得的氧气纯度;同时,通过氢侧升压装置对降压气液分离所得的氢侧降压分离电解液进行升压,保证了较高的***压力,减小了气体在储存运输过程中的功耗,降低了能耗,实现了节能。
同时,上述氢侧电解液循环装置,提高了电解水制氢所得的氧气纯度,则减小了纯化设备的操作负荷,也提高了纯化设备中催化剂的使用寿命,降低了成本。
电解液进入电解槽之前需要被冷却,因此,上述氢侧电解液循环装置还包括氢侧冷却装置,该氢侧冷却装置用于对氢侧降压分离电解液进行冷却;其中,氢侧冷却装置位于氢侧升压装置的上游或下游。
具体地,可选择上述氢侧冷却装置位于氢侧升压装置的下游。这样,可以避免在冷却过程中因气体溢出而导致的换热效率降低,降低了能耗,保证了进入电解槽的电解液物性稳定可靠;还能够防止电解液在冷却过程中出现凝析气,避免了凝析气进入输送装置,从而避免了凝析气影响输送装置的正常工作;也能够提高电解液中氧气的回收率。
上述氢侧升压装置可为一个,也可为两个以上,只要保证升至所需的压力即可。在实际应用过程中,为了保证稳定性,可选择分级升压,即上述氢侧升压装置至少为两个且依次串联设置。例如,氢侧升压装置为两个,分别为第一氢侧升压装置和第二氢侧升压装置,氢侧降压分离电解液依次经过第一氢侧升压装置和第二氢侧升压装置。
若上述氢侧升压装置至少为两个且依次串联设置,则可选择上述氢侧冷却装置位于两个氢侧升压装置之间。
可以理解是,上述氢侧冷却装置为一个。在实际应用过程中,也可选择上述氢侧冷却装置为两个以上,本实施例对此不做限定。
上述氢侧输送装置可为泵,若氢侧升压装置为氢侧升压泵,则可选择上述氢侧输送装置和氢侧升压装置为同一装置,即上述氢侧输送装置和氢侧升压装置为同一升压泵。这样,减少了装置数量,降低了成本。
上述制氢电解液的循环装置中,可选择氢侧降压气液分离装置和氧侧降压气液分离装置为同一装置,即采用同一装置对氧侧分离电解液和氢侧分离电解液进行降压气液分离,例如采用同一闪蒸器对氧侧分离电解液和氢侧分离电解液进行降压气液分离,此时,氧侧分离电解液和氢侧分离电解液先汇合然后进入同一闪蒸器。这样,减少了装置,降低了成本。
当然,也可选择氢侧降压气液分离装置和氧侧降压气液分离装置非同一装置,即单独对氧侧分离电解液进行降压气液分离、以及单独对氢侧分离电解液进行降压气液分离。这样,虽然成本较高,但是提高了氢气纯度和氧气纯度。
上述制氢电解液的循环装置中,若氧侧降压气液分离装置和氢侧降压气液分离装置中至少一者的数目为两个以上时,则还存在其他的选择。具体地,若氧侧降压气液分离装置的数目大于氢侧降压气液分离装置的数目,则可选择一个氧侧降压气液分离装置和一个氢侧降压气液分离装置为同一个装置,其他的氧侧降压气液分离装置和氢侧降压气液分离装置非同一个装置;若氧侧降压气液分离装置的数目小于氢侧降压气液分离装置的数目,则可选择一个氧侧降压气液分离装置和一个氢侧降压气液分离装置为同一个装置,其他的氢侧降压气液分离装置和氧侧降压气液分离装置非同一个装置;若氧侧降压气液分离装置和氢侧降压气液分离装置的数目相等,则可选择一个氧侧降压气液分离装置和一个氢侧降压气液分离装置为同一个装置,其他的氢侧降压气液分离装置和其他的氧侧降压气液分离装置非同一个装置。
上述制氢电解液的循环装置中,可选择氢侧升压装置和氧侧升压装置为同一装置,即采用同一装置对氧侧降压分离电解液和氢侧降压分离电解液进行升压。例如,采用同一升压泵对氧侧降压分离电解液和氢侧降压分离电解液进行升压,此时,氧侧降压分离电解液和氢侧降压分离电解液需要先汇合后再进入升压泵。这样,减少了装置,降低了成本。
当然,也可选择氢侧升压装置和氧侧升压装置非同一装置,即单独对氧侧降压分离电解液进行升压、以及单独对氢侧降压分离电解液进行升压。这样,虽然成本较高,但是提高了升压效率。
上述制氢电解液的循环装置中,若氧侧升压装置和氢侧升压装置中至少一者的数目为两个以上时,则还存在其他的选择。具体地,若氧侧升压装置的数目小于氢侧升压装置的数目,则可选择一个氧侧升压装置和一个氢侧升压装置为同一个装置,其他的氢侧升压装置和氧侧升压装置非同一个装置;若氧侧升压装置的数目大于氢侧升压装置的数目,则可选择一个氧侧升压装置和一个氢侧升压装置为同一个装置,其他的氧侧升压装置和氢侧升压装置非同一个装置;若氧侧升压装置和氢侧升压装置的数目相等,则可选择一个氧侧升压装置和一个氢侧升压装置为同一个装置,其他的氧侧升压装置和其他的氢侧升压装置非同一个装置。
上述制氢电解液的循环装置中,可选择氢侧冷却装置和氧侧冷却装置为同一冷却装置,即采用同一冷却装置来冷却氢侧降压分离电解液和氧侧降压分离电解液。此时,氢侧降压分离电解液和氧侧降压分离电解液先汇合后再进入冷却装置。当然,也可选择单独对氢侧降压分离电解液进行冷却、以及单独对氧侧降压分离电解液进行冷却。
上述制氢电解液的循环装置中,可选择氢侧降压气液分离装置为一个,氧侧降压气液分离装置至少为两个且依次串联或氧侧降压气液分离装置为一个;或者,氢侧降压气液分离装置至少为两个且依次串联,氧侧降压气液分离装置至少为两个且依次串联或氧侧降压气液分离装置为一个。
需要说明的是,上述氢侧降压气液分离装置和上述氧侧降压气液分离装置的数目可相同、也可不同。
为了便于控制降压和升压,上述氧侧电解液循环装置还包括氧侧控制器,该氧侧控制器用于控制氧侧降压气液分离装置将氧侧氢侧分离电解液的压力降至第一氧侧设定压力范围内、以及用于控制氧侧升压装置将氧侧降压分离电解液的压力升至第二氧侧设定压力范围内。
相应的,上述氢侧电解液循环装置还包括氢侧控制器,该氢侧控制器用于控制氢侧降压气液分离装置将氢侧分离电解液的压力降至第一氢侧设定压力范围内、以及用于控制氢侧升压装置将氢侧降压分离电解液的压力升至第二氢侧设定压力范围内。
需要说明的是,若上述氧侧降压气液分离装置为两个以上,则进行分级降压,最终将压力降至第一氧侧设定压力范围内;若上述氢侧降压气液分离装置为两个以上,则进行分级降压,最终将压力降至第一氢侧设定压力范围内;若上述氧侧升压装置为两个以上,则进行分级升压,最终将压力升至第二氧侧设定压力范围内;若上述氢侧升压装置为两个以上,则进行分级升压,最终将压力升至第二氢侧设定压力范围内。
对于上述第一氧侧设定压力范围、第二氧侧设定压力范围、第一氢侧设定压力范围和第二氢侧设定压力范围的具体数值范围,根据实际需要进行选择,本实施例对此不做限定。
可选地,上述第一氧侧设定压力范围和第一氢侧设定压力范围均为0-4.0MPa,上述第二氧侧设定压力范围和上述第二氢侧设定压力范围均为0.5-4.0Mpa。
为了简化结构,若上述制氢电解液的循环装置氧侧电解液循环装置和氢侧电解液循环装置,可选择氧侧控制器和所述氢侧控制器集成为一体,这样,减少了部件,提高了紧凑性。当然,也可选择上述氧侧控制器和所述氢侧控制器为分体结构,并不局限于上述实施例。
为了更为具体地说明本实施例提供的制氢电解液的循环装置,下面提供了四个实施例。
实施例一
如图1所示,本实施例一提供的制氢电解液的循环装置包括氧侧电解液循环装置。具体地,上述制氢电解液的循环装置包括:氢侧气液分离装置17、氧侧气液分离装置14、氧侧降压气液分离装置、氧侧升压装置、氧侧输送装置、氧侧冷却装置110、以及控制器。
具体地,上述氧侧升压装置为两个,分别为第一氧侧升压装置和第二氧侧升压装置;第一氧侧升压装置位于氧侧冷却装置110的上游,第二氧侧升压装置位于氧侧冷却装置110的下游。在循环过程中,第一氧侧升压装置用于对氧侧降压气液分离装置分离出的氧侧降压分离电解液进行升压并输送,氧侧冷却装置110用于对经过第一氧侧升压装置的氧侧降压分离电解液进行冷却、也用于对氢侧气液分离装置17分离出的氢侧分离电解液进行冷却,第二氧侧升压装置用于对经过氧侧冷却装置110的电解液进行升压并输送至电解槽11。
上述氧侧升压装置和氧侧输送装置为同一装置,为了便于升压,上述氧侧升压装置和氧侧输送装置为同一氧侧升压泵。此时,第一氧侧升压装置为第一氧侧升压泵116,第二氧侧升压装置为第二氧侧升压泵113。可以理解的是,此时氧侧升压装置的数目和氧侧输送装置的数目相等。
上述氧侧降压气液分离装置包括氧侧闪蒸器115和设置于氧侧闪蒸器115进管的氧侧减压阀121。上述控制器用于控制氧侧减压阀121将氧侧分离电解液的压力降至第一氧侧设定压力范围内、第一氧侧升压泵116将氧侧降压分离电解液的压力升至第三氧侧设定压力范围内、第二氧侧升压泵113将氧侧降压分离电解液的压力升至第四氧侧设定压力范围内。其中,第三氧侧设定压力范围和第四氧侧设定压力范围的合集即为第二氧侧设定压力范围。
对于上述第一氧侧设定压力范围、第二氧侧设定压力范围、第三氧侧设定压力范围和第四氧侧设定压力范围的具体范围,根据实际需要进行选择,例如,可参考前文的具体范围,本实施例对此不做限定。
上述实施例一提供的制氢电解液的循环装置中,电解槽11具有氢侧出口1101、氧侧出口1102和电解液进口1103,氧侧气液分离装置14具有氧侧分离进口1401、氧侧气相出口1402和氧侧液相出口1403,氢侧气液分离装置17具有氢侧分离进口1701、氢侧气相出口1702和氢侧液相出口1703,氧侧闪蒸器115具有氧侧闪蒸进口11501、氧侧闪蒸气相出口11502和氧侧闪蒸液相出口11503,氧侧冷却装置110具有进口、出口、冷却介质进口和冷却介质出口。
为了实现各个部件的连通,上述氧侧分离进口1401和氧侧出口1102通过第一管道12连通,氧侧气相出口1402与第二管道15连通,第二管道15设置有第一阀门16,氧侧液相出口1403通过第三管道120与氧侧闪蒸进口11501连通,此时第三管道120即为氧侧闪蒸器115的进管,减压阀121设置于第三管道120,氧侧闪蒸气相出口11502与第四管道119连通,第四管道119设置有第二阀门118,第四管道119与第二管段15连通,氧侧闪蒸液相出口11503通过第五管道111与氧侧冷却装置110的进口连通,第一氧侧升压泵116串接在第五管道111上,第五管道111设置有第三阀门117,且第三阀门117位于第一氧侧升压泵116的出口侧,氧侧冷却装置10的出口通过第六管道114与电解液进口1103连通,第二氧侧升压泵113串接在第六管道114上,第六管道114设置有第四阀门122,第四阀门122位于第二氧侧升压泵113的出口侧,氢侧分离进口1701通过第七管道13与氢侧出口1101连通,氢侧气相出口1702与第八管道18连通,第八管道18设置有第五阀门19,氢侧液相出口1703通过第九管道112与第五管道111连通且连通位置位于第三阀门117的下游。
本实施例一提供的制氢电解液的循环装置的工作过程如下:
在制氢***的压力为0.5-4.0MPa的条件下,电解液从电解槽11的电解液进口1103流入,电解液分别进入阳极室和阴极室内,经过电解反应后,产生的氢气和电解液从电解槽11的氢侧出口1101流出,反应得到的氧气和电解液从电解槽11的氧侧出口1102流出;自氢侧出口1101排出的气液混合物进入氢侧气液分离器17,实现了电解液和部分氢气的分离;自氧侧出口1102排出的气液混合物进入氧侧气液分离器14,实现了电解液和部分氧气的分离;经过氧侧气液分离器14分离的电解液从氧侧分离出口1403排出,经减压阀121减压至0-4.0MPa,然后进入氧侧闪蒸器115,使电解液中的氧气进一步被分离,氧气从氧侧闪蒸出口11502流出并与氧侧气液分离装置14的排出的氧气汇合,氧侧降压分离电解液则从氧侧闪蒸罐115的氧侧闪蒸液相出口11503流入第一氧侧升压泵116,经过升压的氧侧降压分离电解液与氢侧气液分离装置17排出的氢侧分离电解液汇合后进入氧侧冷却装置110中,经过冷却后的所有电解液再经过第二氧侧升压泵113升压至0.5-4.0MPa,并进入电解槽11的电解液进口1103中,整个***形成循环回路。
上述循环过程中,在氧侧气液分离装置14处加入一个氧侧降压气液分离装置,可将本身含有较高氧气含量的氧侧分离电解液中的氧气有效脱除,降低了循环进入电解槽11的电解液的氧含量,从而提高了氢侧的氢气纯度,给后续纯化过程带来操作便利性,并降低了能耗。
本实施例一提供的制氢电解液的循环装置,适用于氧气纯度可控制的条件下重点考虑氢气纯度的情况。
实施例二
如图2所示,本实施例二提供的制氢电解液的循环装置包括氧侧电解液循环装置和氢侧电解液循环装置。具体地,上述制氢电解液的循环装置包括:氢侧气液分离装置27、氧侧气液分离装置24、氧侧降压气液分离装置、氢侧降压气液分离装置、氧侧升压装置、氧侧输送装置、氢侧升压装置、氢侧输送装置、氧侧冷却装置、氢侧冷却装置、以及控制器。
上述氧侧降压气液分离装置和氢侧降压气液分离装置为同一降压气液分离装置,具体地,该降压气液分离装置包括闪蒸器213和设置于闪蒸器213进管的减压阀212。上述氢侧气液分离装置27排出的氢侧分离电解液和氧侧气液分离装置24排出的氧侧分离电解液汇合后经减压阀212进入闪蒸器213。
上述氧侧升压装置、氧侧输送装置、氢侧升压装置和氢侧输送装置为同一装置,为了便于升压,上述氧侧升压装置、氧侧输送装置、氢侧升压装置和氢侧输送装置为同一升压泵218。可以理解的是,该升压泵218同时对氢侧降压分离电解液和氧侧降压分离电解液进行升压并输送至电解槽21。
上述氧侧冷却装置和氢侧冷却装置为同一装置,具体地,上述氧侧冷却装置和氢侧冷却装置为同一冷却器210,即该冷却器210同时对氢侧降压分离电解液和氧侧降压分离电解液进行冷却。上述冷却器210在升压泵218的上游,且上述冷却器210位于闪蒸器213的下游。
上述控制器用于控制减压阀212将氧侧分离电解液和氢侧分离电解液的压力降至第一设定压力范围内、升压泵218将氧侧降压分离电解液和氢侧降压分离电解液的压力升至第二设定压力范围内。
上述第一设定压力范围即为上述第一氧侧设定压力范围,亦为第一氢侧设定压力范围。可以理解的是,第一氧侧设定压力范围和第一氢侧设定压力范围为同一压力范围。上述第二设定压力范围即为第二氧侧设定压力范围,亦为第二氢侧设定压力范围。可以理解的是,第二氧侧设定压力范围和第二氢侧设定压力范围为同一压力范围。
上述实施例二提供的制氢电解液的循环装置中,电解槽21具有氢侧出口2101、氧侧出口2102和电解液进口2103,氧侧气液分离装置24具有氧侧分离进口2401、氧侧气相出口2402和氧侧液相出口2403,氢侧气液分离装置27具有氢侧分离进口2701、氢侧气相出口2702和氢侧液相出口2703,闪蒸器213具有闪蒸进口21301、闪蒸气相出口21302和闪蒸液相出口21303,冷却器210具有进口、出口、冷却介质进口和冷却介质出口。
为了实现各个部件的连通,上述氧侧分离进口2401和氧侧出口2102通过第一管道22连通,氧侧气相出口2402与第二管道25连通,第二管道25设置有第一阀门26,氢侧分离进口2701通过第三管道23与氢侧出口2101连通,氢侧气相出口2702与第四管道28连通,第四管道28设置有第二阀门29,氢侧液相出口2703和氧侧液相出口2403均通过第五管道211与闪蒸器213的闪蒸进口21301连通,此时第五管道211即为闪蒸器213的进管,减压阀212设置在第五管道211上,此时第五管道211即为闪蒸器213的进管;闪蒸气相出口21302与第六管道214连通,第六管道214设置有第三阀门215,第六管道214与第二管段25连通,闪蒸液相出口21303通过第七管道216与冷却器210的进口连通,冷却器210的出口通过第八管道217和电解液进口2103连通,升压泵218串接于第八管道217,且第八管道217设置有第四阀门219,该第四阀门219位于升压泵218的出口侧。
本实施例二提供的制氢电解液的循环装置的工作过程如下:
如图2所示,在制氢***的压力为0.5-4.0MPa的条件下,电解液从电解槽21的电解液进口2103流入,电解液分别进入阳极室和阴极室内,经过电解反应后,产生的氢气和电解液从电解槽21的氢侧出口2101流出,反应得到的氧气和电解液从电解槽21的氧侧出口2102处流出;自氢侧出口2101排出的气液混合物进入氢侧气液分离装置27,进行电解液和部分氢气的分离;自氧侧出口2102排出的气液混合物进入氧侧气液分离装置24,进行电解液和部分氧气的分离;氢气自氢侧气相出口2702流出,氧气自氧侧气相出口2402流出,氢气和氧气可进入下一步的纯化工艺;自氧侧液相出口2403流出的氧侧分离电解液和自氢侧液相出口2703流出的氢侧分离电解液汇合后,经减压阀212减压至0-4.0MPa,然后从闪蒸罐213的闪蒸进口21301进入闪蒸罐内闪蒸,气相从闪蒸罐213的闪蒸气相出口21302流出,然后和氧侧气液分离装置24排出的氧气汇合;氧侧降压分离电解液和氢侧降压分离电解液自闪蒸液相出口21303进入冷却器210,经冷却器210冷却后,再经升压泵218升压至制氢***的压力0.5-4.0MPa后进入电解槽21。
本实施例二提供的制氢电解液的循环装置,采用同一闪蒸器213和同一减压阀212对氧侧分离电解液和氢侧分离电解液进行降压气液分离,减少了设备,简化了结构,降低了成本。
本实施例二提供的制氢电解液的循环装置,一方面降低了电解液的含气量,提高了氢气纯度;另一方面也维持了较高的***压力,降低整个装置的操作能耗;另外,也避免了因电解液在冷却器210内析出气体而造成冷却器210内气泡的产生而导致冷却器210效率的降低,进一步降低了操作能耗。
实施例三:
如图3所示,本实施例三提供的制氢电解液的循环装置包括氧侧电解液循环装置和氢侧电解液循环装置。具体地,上述制氢电解液的循环装置包括:氢侧气液分离装置37、氧侧气液分离装置34、氧侧降压气液分离装置、氢侧降压气液分离装置、氧侧升压装置、氧侧输送装置、氢侧升压装置、氢侧输送装置、氧侧冷却装置、氢侧冷却装置、以及控制器。
上述氧侧降压气液分离装置包括氧侧闪蒸器313和设置于氧侧闪蒸器313进管的氧侧减压阀315,上述氢侧降压气液分离装置包括氢侧闪蒸器316和设置于氢侧闪蒸器316进管的氢侧减压阀318。
上述氧侧升压装置、氧侧输送装置、氢侧升压装置和氢侧输送装置为同一装置,为了便于升压,上述氧侧升压装置、氧侧输送装置、氢侧升压装置和氢侧输送装置为同一升压泵319。可以理解的是,该升压泵319同时对氢侧降压分离电解液和氧侧降压分离电解液进行升压并输送至电解槽31。
上述氧侧冷却装置和氢侧冷却装置为同一装置,具体地,上述氧侧冷却装置和氢侧冷却装置为同一冷却器310,即该冷却器310同时对氢侧降压分离电解液和氧侧降压分离电解液进行冷却。上述冷却器310在升压泵319的上游,且上述冷却器310位于氧侧闪蒸器313的下游,上述冷却器310也位于氢侧闪蒸器316的下游。
上述控制器用于控制氧侧减压阀315将氧侧分离电解液的压力降至第一氧侧设定压力范围内、氢侧减压阀318将氢侧分离电解液的压力降至第一氢侧设定压力范围内、升压泵319将氧侧降压分离电解液和氢侧降压分离电解液的压力升至第二设定压力范围内。
上述第二设定压力范围即为上述实施例二中的第二设定压力范围。
上述实施例三提供的制氢电解液的循环装置中,电解槽31具有氢侧出口3101、氧侧出口3102和电解液进口3103,氧侧气液分离装置34具有氧侧分离进口3401、氧侧气相出口3402和氧侧液相出口3403,氢侧气液分离装置37具有氢侧分离进口3701、氢侧气相出口3702和氢侧液相出口3703,氧侧闪蒸器313具有氧侧闪蒸进口31301、氧侧闪蒸气相出口31302和氧侧闪蒸液相出口31303,氢侧闪蒸器316具有氢侧闪蒸进口31601、氢侧闪蒸气相出口31602和氢侧闪蒸液相出口31603,冷却器210具有进口、出口、冷却介质进口和冷却介质出口。
为了实现各个部件的连通,上述氧侧分离进口3401和氧侧出口3102通过第一管道32连通,氧侧气相出口3402与第二管道35连通,第二管道35设置有第一阀门36;氢侧分离进口3701通过第三管道33与氢侧出口3101连通,氢侧气相出口3702与第四管道38连通,第四管道38设置有第二阀门39;氧侧液相出口3403通过第五管道314与氧侧闪蒸器313的氧侧闪蒸进口31301连通,此时第五管道314即为氧侧闪蒸器313的进管,氧侧减压阀315设置于第五管道314;氢侧液相出口3703通过第六管道317与氢侧闪蒸器316的氢侧闪蒸进口31601连通,此时第六管道317即为氢侧闪蒸器316的进管,氢侧减压阀318设置于第六管道317;氧侧闪蒸液相出口31303和氢侧闪蒸液相出口31603均通过第七管道311与冷却器310的进口连通,氧侧闪蒸气相出口31302和氢侧闪蒸气相出口31602均通过第八管道321与第二管道35连通,第八管道321设置有第三阀门322和第四阀门323,第三阀门322位于氧侧闪蒸器313的出口处,第四阀门323位于氢侧闪蒸器316的出口处;冷却器310的出口通过第九管道312与电解槽31的电解液进口3103连通,升压泵319设置于第九管道312,第九管道312设置有第五阀门320。
本实施例三提供的制氢电解液的循环装置的工作过程如下:
如图3所示,在制氢***的压力为0.5-4.0MPa的条件下,电解液从电解槽31的电解液进口3103流入,电解液分别进入阳极室和阴极室内,经过电解反应后,产生的氢气和电解液从电解槽31的氢侧出口3101流出,反应得到的氧气和电解液从电解槽31的氧侧出口3102流出;自氧侧出口3102流出的气液混合物进入氧侧气液分离装置34,氧侧气液分离装置34分离出的氧侧分离电解液经氧侧减压阀315减压至0-4.0MPa,然后进入氧侧闪蒸器313;自氢侧出口3101流出的气液混合物进入氢侧气液分离装置37,氢侧气液分离装置37分离出的氢侧分离电解液经氢侧减压阀318减压至0-4.0MPa,然后进入氢侧闪蒸器316;氧侧气液分离装置34分离出的氧气以及氢侧气液分离装置37分离出的氢气均可进入下一步的纯化工艺;氧侧闪蒸器313排出的氧气和氢侧闪蒸器316排出的氢气汇合后与氧侧气液分离装置34排出的氧气汇合,氧侧闪蒸器313排出的氧侧降压分离电解液和氢侧闪蒸器316排出的氢侧降压分离电解液汇合后进入冷却器310,经过冷却器310冷却后通过升压泵319升压后进入电解槽31。
实施例四
如图4所示,本实施例四提供的制氢电解液的循环装置包括氧侧电解液循环装置和氢侧电解液循环装置。具体地,上述制氢电解液的循环装置包括:氢侧气液分离装置47、氧侧气液分离装置44、氧侧降压气液分离装置、氢侧降压气液分离装置、氧侧升压装置、氧侧输送装置、氢侧升压装置、氢侧输送装置、氧侧冷却装置、氢侧冷却装置、以及控制器。
上述氧侧降压气液分离装置和氢侧降压气液分离装置为同一降压气液分离装置,降压气液分离装置为两个且分别为第一降压气液分离装置和第二降压气液分离装置。具体地,第一降压气液分离装置包括第一闪蒸器413和设置于第一闪蒸器413进管的第一减压阀412,第二降压气液分离装置包括第二闪蒸器416和设置于第二闪蒸器416进管的第二减压阀415;其中,氧侧气液分离装置44的氧侧液相出口4403和氢侧气液分离装置47的氢侧液相出口4703均与第一闪蒸器413的第一闪蒸进口41301连通,第一闪蒸器413的第一闪蒸液相出口41303与第二闪蒸器416的第二闪蒸进口41601连通。
上述氧侧升压装置、氧侧输送装置、氢侧升压装置和氢侧输送装置为同一装置,为了便于升压,上述氧侧升压装置、氧侧输送装置、氢侧升压装置和氢侧输送装置为同一升压泵419。可以理解的是,该升压泵419同时对氢侧降压分离电解液和氧侧降压分离电解液进行升压并输送至电解槽41。
上述氧侧冷却装置和氢侧冷却装置为同一装置,具体地,上述氧侧冷却装置和氢侧冷却装置为同一冷却器410,即该冷却器410同时对氢侧降压分离电解液和氧侧降压分离电解液进行冷却。上述冷却器410在升压泵419的上游,且上述冷却器410位于第二闪蒸器416的下游。
上述控制器用于控制第一减压阀412将氧侧分离电解液和氢侧分离电解液的压力降至第三设定压力范围内、第二减压阀415将氧侧分离电解液和氢侧分离电解液的压力降至第四设定压力范围内、升压泵419将氧侧降压分离电解液和氢侧降压分离电解液的压力升至第二设定压力范围内。
需要说明的是,上述第三设定压力范围和第四设定压力范围的合集即为上述实施例二中的第一设定压力范围,上述第二设定压力范围即为上述实施例二中的第二设定压力范围。
上述实施例四提供的制氢电解液的循环装置中,电解槽41具有氢侧出口4101、氧侧出口4102和电解液进口4103,氧侧气液分离装置44具有氧侧分离进口4401、氧侧气相出口4402和氧侧液相出口4403,氢侧气液分离装置47具有氢侧分离进口4701、氢侧气相出口4702和氢侧液相出口4703,第一闪蒸器413具有第一闪蒸进口41301、第一闪蒸气相出口41302和第一闪蒸液相出口41303,第二闪蒸器416具有第二闪蒸进口41601、第二闪蒸气相出口41602和第二闪蒸液相出口41603,冷却器410具有进口、出口、冷却介质进口和冷却介质出口。
为了实现各个部件的连通,上述氧侧分离进口4401和氧侧出口4102通过第一管道42连通,氧侧气相出口4402与第二管道45连通,第二管道45设置有第一阀门46,氢侧分离进口4701通过第三管道43与氢侧出口4101连通,氢侧气相出口4702与第四管道48连通,第四管道48设置有第二阀门49,氢侧液相出口4703和氧侧液相出口4403均通过第五管道411与第一闪蒸进口41301连通,此时,第五管道411为第一闪蒸器413的进管,第一减压阀412设置在第五管道411上,此时第五管道411即为第一闪蒸器413的进管;第一闪蒸气相出口41302与第六管道421连通,第六管道421设置有第三阀门422,第三阀门422靠近第一闪蒸气相出口41302,第六管道421与第二管道45连通,第一闪蒸液相出口41303通过第七管道414与第二闪蒸进口41601连通,此时,第七管道414为第二闪蒸器416的进管,第七管道414设置有第二减压阀415,第二闪蒸气相出口41602与第六管道421连通,第六管道421设置有第四阀门423,第四阀门423靠近第二闪蒸气相出口41602;第二闪蒸液相出口41603通过第八管道417与冷却器410的进口连通,冷却器410的出口通过第九管道418与电解液进口4103连通,升压泵419设置于第九管道418,第九管道418设置有第五阀门420,第五阀门420位于升压泵419的出口侧。
本实施例四提供的制氢电解液的循环装置的工作过程如下:
如图4所示,在制氢***的压力为0.5-4.0MPa的条件下,电解液从电解槽41的电解液进口4103流入,电解液分别进入阳极室和阴极室内,经过电解反应后,产生的氢气和电解液从电解槽41的氢侧出口4101流出,反应得到的氧气和电解液从电解槽41的氧侧出口4102处流出;自氢侧出口4101排出的气液混合物进入氢侧气液分离装置47,进行电解液和部分氢气的分离;自氧侧出口4102排出的气液混合物进入氧侧气液分离装置44,进行电解液和部分氧气的分离;氢气自氢侧气相出口4702流出,氧气自氧侧气相出口4402流出,氢气和氧气可进入下一步的纯化工艺;自氧侧液相出口4403流出的氧侧分离电解液和自氢侧液相出口4703流出的氢侧分离电解液汇合后,经第一减压阀412减压至0-4.0MPa,然后自第一闪蒸进口41301进入第一闪蒸罐413内闪蒸,气相从第一闪蒸气相出口41302流出,然后和氧侧气液分离装置44排出的氧气汇合;氧侧降压分离电解液和氢侧降压分离电解液自第一闪蒸液相出口41303流出,然后经第二减压阀415减压至0-4.0MPa,再进入第二闪蒸进口41601,进行第二次闪蒸,气相从第二闪蒸气相出口41602流出,然后自第一闪蒸气相出口41302流出的气体汇合,再和氧侧气液分离装置44排出的氧气汇合;氧侧降压分离电解液和氢侧降压分离电解液自第二闪蒸液相出口41603流出,然后进入冷却器410,再经升压泵419升压至制氢***的压力0.5-4.0MPa后进入电解槽41。
本实施例四提供的制氢电解液的循环装置,实现了两次降压气液分离,进一步提高了氢气纯度。
基于上述实施例提供的制氢电解液的循环装置,本发明实施例还提供了一种制氢***,该制氢***包括电解液循环装置,该电解液循环装置为上述实施例提供的制氢电解液的循环装置。
由于上述实施例提供的制氢电解液的循环装置具有上述技术效果,上述实施例提供的制氢***包括上述制氢电解液的循环装置,则上述实施例提供的制氢***也具有相应的技术效果,本文不再赘述。
需要说明的是,本文中所提及的电解液可为碱液或纯水,根据实际需要进行选择,本实施例对此不做限定。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (15)
1.一种制氢电解液的循环方法,其特征在于,包括:
氧侧电解液循环方法和/或氢侧电解液循环方法;
其中,所述氧侧电解液循环方法包括步骤:对电解槽氧侧排出的气液混合物进行气液分离,获得分离氧气和氧侧分离电解液;对所述氧侧分离电解液进行至少一次降压气液分离,获得降压分离氧气和氧侧降压分离电解液;对所述氧侧降压分离电解液进行升压,并将升压后的所述氧侧降压分离电解液输入所述电解槽;
所述氢侧电解液循环方法包括步骤:对电解槽氢侧排出的气液混合物进行气液分离,获得分离氢气和氢侧分离电解液;对所述氢侧分离电解液进行至少一次降压气液分离,获得降压分离氢气和氢侧降压分离电解液;对所述氢侧降压分离电解液进行升压,并将升压后的所述氢侧降压分离电解液输入所述电解槽。
2.根据权利要求1所述的循环方法,其特征在于,
所述氧侧电解液循环方法还包括步骤:对所述氧侧降压分离电解液进行冷却,所述步骤对所述氧侧降压分离电解液进行冷却在所述步骤对所述氧侧降压分离电解液进行升压之前或之后;
所述氢侧电解液循环方法还包括步骤:对所述氢侧降压分离电解液进行冷却,所述步骤对所述氢侧降压分离电解液进行冷却在所述步骤对所述氢侧降压分离电解液进行升压之前或之后。
3.根据权利要求1所述的循环方法,其特征在于,
采用同一降压气液分离装置对所述氧侧分离电解液和所述氢侧分离电解液进行降压气液分离;
或者,采用氧侧降压气液分离装置对所述氧侧分离电解液进行降压气液分离,采用氢侧降压气液分离装置对所述氢侧分离电解液进行降压气液分离,所述氧侧降压气液分离装置和所述氢侧降压气液分离装置非同一装置。
4.根据权利要求1所述的循环方法,其特征在于,
采用同一升压泵对所述氧侧降压分离电解液和所述氢侧降压分离电解液进行升压;
或者,采用氧侧升压泵对所述氧侧降压分离电解液进行升压,采用氢侧升压泵对所述氢侧降压分离电解液进行升压,所述氧侧升压泵和所述氢侧升压泵非同一升压泵。
5.根据权利要求1所述的循环方法,其特征在于,
所述氧侧电解液循环方法中,将所述氧侧分离电解液的压力降压至0-4.0MPa,将所述氧侧降压分离电解液的压力升至0.5-4.0Mpa;所述氢侧电解液循环方法中,将所述氢侧分离电解液的压力降压至0-4.0MPa,将所述氢侧降压分离电解液的压力升至0.5-4.0Mpa。
6.一种制氢方法,其特征在于,包括如权利要求1-5中任一项所述的循环方法。
7.一种制氢电解液的循环装置,其特征在于,包括:
氧侧电解液循环装置和/或氢侧电解液循环装置;
其中,所述氧侧电解液循环装置包括:氧侧气液分离装置,用于对电解槽氧侧排出的气液混合物进行气液分离;至少一个氧侧降压气液分离装置,用于对所述氧侧气液分离装置分离出的氧侧分离电解液进行降压气液分离;氧侧升压装置,用于对所述氧侧降压气液分离装置分离出的氧侧降压分离电解液进行升压;氧侧输送装置,用于将升压后的所述氧侧降压分离电解液输入所述电解槽;
所述氢侧电解液循环装置包括:氢侧气液分离装置,用于对电解槽氢侧排出的气液混合物进行气液分离;至少一个氢侧降压气液分离装置,用于对所述氢侧气液分离装置分离出的氢侧分离电解液进行降压气液分离;氢侧升压装置,用于对所述氢侧降压气液分离装置分离出的氢侧降压分离电解液进行升压;氢侧输送装置,用于将升压后的所述氢侧降压分离电解液输入所述电解槽;
若所述氧侧降压气液分离装置至少为两个,则任意两个所述氧侧降压气液分离装置串联;若所述氢侧降压气液分离装置至少为两个,则任意两个所述氢侧降压气液分离装置串联。
8.根据权利要求7所述的循环装置,其特征在于,
所述氧侧电解液循环装置还包括:氧侧冷却装置,用于对所述氧侧降压分离电解液进行冷却;其中,所述氧侧冷却装置位于所述氧侧升压装置的上游或下游;
所述氢侧电解液循环装置还包括:氢侧冷却装置,用于对所述氢侧降压分离电解液进行冷却;其中,所述氢侧冷却装置位于所述氢侧升压装置的上游或下游。
9.根据权利要求8所述的循环装置,其特征在于,所述氧侧冷却装置和所述氢侧冷却装置为同一装置。
10.根据权利要求7所述的循环装置,其特征在于,
所述氧侧升压装置和所述氧侧输送装置为同一升压泵;
和/或,所述氢侧升压装置和所述氢侧输送装置为同一升压泵;
和/或,所述氧侧降压气液分离装置包括氧侧闪蒸器,所述氧侧闪蒸器的进管设置有氧侧减压阀;
和/或,所述氢侧降压气液分离装置包括氢侧闪蒸器,所述氢侧闪蒸器进管设置有氢侧减压阀。
11.根据权利要求7所述的循环装置,其特征在于,所述氢侧降压气液分离装置和所述氧侧降压气液分离装置为同一装置,或者所述氢侧降压气液分离装置和所述氧侧降压气液分离装置非同一装置。
12.根据权利要求7所述的循环装置,其特征在于,所述氢侧升压装置和所述氧侧升压装置为同一装置,或者所述氢侧升压装置和所述氧侧升压装置非同一装置。
13.根据权利要求7所述的循环装置,其特征在于,
所述氧侧电解液循环装置还包括:氧侧控制器,用于控制所述氧侧降压气液分离装置将所述氧侧分离电解液的压力降至第一氧侧设定压力范围内、以及用于控制所述氧侧升压装置将所述氧侧降压分离电解液的压力升至第二氧侧设定压力范围内;
所述氢侧电解液循环装置还包括:氢侧控制器,用于控制所述氢侧降压气液分离装置将所述氢侧分离电解液的压力降至第一氢侧设定压力范围内、以及用于控制所述氢侧升压装置将所述氢侧降压分离电解液的压力升至第二氢侧设定压力范围内。
14.根据权利要求13所述的循环装置,其特征在于,所述氧侧控制器和所述氢侧控制器集成为一体。
15.一种制氢***,包括电解液循环装置,其特征在于,所述电解液循环装置为如权利要求7-14中任一项所述的循环装置。
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