CN115321719A - 一种电解槽在线高压高温去离子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电解槽在线高压高温去离子装置，所述装置沿水流方向依次设置承压外壳、第一陶瓷分配块、吸附阴阳离子树脂填料、第二陶瓷分配块、承压玻纤芯和多目分流板；所述承压外壳包括法兰、焊接管和承压封头。本发明旨在提供电解槽高压制氢中需要的耐高压耐腐蚀，并能够有效去除离子，保证电解槽对电导率的高要求。本发明中所用的高效去除离子的阴阳离子，并使用耐高压的法兰结构，并在腔体内设置多级的过滤和隔离装置。此种设计比传统的去离子设备小，耐压高，比燃料电池行业中常用的去离子器耐压，去除离子量大，且比传统的去离子器耐温高。
Description
技术领域
本申请涉及电解水制氢技术领域，特别是涉及一种电解槽在线高压高温去离子装置。
背景技术
随着日益增长的低碳减排需求，氢的绿色制取技术受到广泛重视，利用可再生能源进行电解水制氢是目前众多氢气来源方案中碳排放最低的工艺。氢气在储能、化工、冶金、分布式发电等领域的推广应用，成为控制温室气体排放、减缓全球温度上升的有效途径之一。
PEM(Proton Exchange Membrane Fuel，质子交换膜)纯水电解制氢是除碱性水电解制氢的绿氢的重要来源，PEM电解水随着进入行业的研究力量增多，上下游产业链的不断完善，PEM电解水制氢已经向着高压力，高运行温度发展。PEM电解水更多的适用于风电，光纤发电的资源丰富地区的资源利用和储存及能源输送。
PEM纯水电解制氢是在电极施加电源，将纯水通入电解槽制备氢气的过程。此项技术的发展前期，多数PEM电解槽由于工艺和原材料的原因，不能承受高压和高温。电解槽的运行温度也在60-80度之间。随着膜电极和密封技术和工艺的成熟，现在的PEM电解槽压力已经可以做到几兆帕长期运行，温度也从原来的60多度提高到90度。电解槽是需要纯水消耗的，在制氢过程中由于水中离子的累积和电解过程中管件析出离子，制氢设备循环水路的离子去除是一个大问题。
传统意义上的除离子，一般经过大容量的树脂填料吸除，粗滤后进入至少2极的RO反渗透膜处理，此种方式体积大，且用水量巨大，无法用于装备内部使用。市场上多数小型去离子装置不能耐高温，且外壳是树脂或不锈钢薄板制成，不耐高压，且去离子量有限。
发明内容
为解决现有去离子器不能承压，不能耐高温的难题，本发明提供了一种电解槽在线高压高温去离子装置，以实现水电解制氢过程中的在线水纯化。
为此，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种电解槽在线高压高温去离子装置，所述装置沿水流方向依次设置承压外壳、第一陶瓷分配块、吸附阴阳离子树脂填料、第二陶瓷分配块、承压玻纤芯和多目分流板；
所述承压外壳包括法兰、焊接管和承压封头。
进一步地，所述承压外壳的材质为钛钢或316L不锈钢。
进一步地，陶瓷分配块为定制烧结器件，通路的形状和通路的数量按需定制。
进一步地，所述阴阳离子树脂填料包括阴离子树脂和阳离子树脂。
进一步地，所述阴阳离子树脂填料采用均粒混装。
进一步地，所述阴阳离子树脂填料的数量根据电解槽运行过程中产生的离子数量确定。
进一步地，所述玻纤滤芯设置于第二陶瓷分配块靠近多目分流板的一端。
本发明的优点和积极效果：本发明旨在提供电解槽高压制氢中需要的耐高压耐腐蚀，并能够有效去除离子，保证电解槽对电导率的高要求。本发明中所用的高效去除离子的阴阳离子，并使用耐高压的法兰结构，并在腔体内设置多级的过滤和隔离装置。此种设计比传统的去离子设备小，耐压高，比燃料电池行业中常用的去离子器耐压，去除离子量大，且比传统的去离子器耐温高。
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种电解槽在线高压高温去离子装置的结构剖视图；
图2为本发明实施例中一种电解槽在线高压高温去离子装置的整体结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明提供了一种电解槽在线式耐高压耐高温的去离子装置，可以满足大水流量的流通，且可以在几兆帕的高压下使用。
如图1-2所示，本发明实施例中的在线高压高温去离子装置(电导率高的水通过滤组件，进行到阳阴离子的缓流层，阴阳离子会吸附水中的带正价离子和负价离子，离子的吸附能力是去离子树脂的重要性能指标，电导率高的水通过层流逐步净化，并从出口流出)，适用于电解槽或类似相关设备，主要包括：承压外壳1、陶瓷分配块2、吸附阴阳离子树脂填料3、承压玻纤芯4和多目分流板5。本发明实施例中的去离子装置主体方向为水流方向，在线去离子水采用下进上出，与现有技术中的去离子装置放置方向不同，以减少水流阻。其中：
承压外壳1采用承压法兰封头与承压钢管，承压外壳是对法兰，焊接管，承压封头等的总称，材质以钛钢，316L不锈钢为优，原因是电解槽在反应过程中，有强腐蚀性。且在循环水回水路，有大量的氧气通过，一般普通材质无法满足要求，并要求到与介质接的材料进行脱油脱脂处理。
陶瓷分配块2是用来分配水气的主体，去离子水通过多目分流板5后进入陶瓷分配块2中，保证水路分配均匀，陶瓷分配块2为定制烧结器件，通路的形状和通路的数量按要求定制。
填料采用高耐温的离子交换树脂，离子交换树脂分为阴离子树脂和阳离子树脂，是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物，它由不溶性三维网状骨架连接在骨架上的功能基团和功能基团上带有相反电荷的可交换离子三部分组成。阴阳离子树脂填料3采用均粒混装，离子越小去离子效果越好，但流阻越大。阴阳离子树脂填料3耐温在93度以上。根据电解槽运行过程中产生的离子数量，产生的离子数量多的情况下可增加填料的数量。
玻纤滤芯4分置于陶瓷分配块2顶端，一方面可以起到水流缓冲，另一方面可以阻挡杂质，还能使多层组装结构更稳定。
多目的分水板5的主要作用是分流，其次是用于阻隔流量中的杂质。
上述实施例中的去离子水装置的结构为法兰结构，采用耐高压金属壳体，并采用耐高压的去离子树脂，由于金属材质、去离子树脂耐高温，使得去离子水装置具备耐高温性能。经过多次实验，该装置可以承受高压高温，且水的流阻不大，可以大量延长电解槽连续运行时间。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种电解槽在线高压高温去离子装置，其特征在于，所述装置沿水流方向依次设置承压外壳(1)、第一陶瓷分配块(2)、吸附阴阳离子树脂填料(3)、第二陶瓷分配块、承压玻纤芯(4)和多目分流板(5)；
所述承压外壳(1)包括法兰、焊接管和承压封头。
2.根据权利要求1所述的一种电解槽在线高压高温去离子装置，其特征在于，所述承压外壳的材质为钛钢或(316)L不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种电解槽在线高压高温去离子装置，其特征在于，陶瓷分配块为定制烧结器件，通路的形状和通路的数量按需定制。
4.根据权利要求1所述的一种电解槽在线高压高温去离子装置，其特征在于，所述阴阳离子树脂填料(3)包括阴离子树脂和阳离子树脂。
5.根据权利要求4所述的一种电解槽在线高压高温去离子装置，其特征在于，所述阴阳离子树脂填料(3)采用均粒混装。
6.根据权利要求5所述的一种电解槽在线高压高温去离子装置，其特征在于，所述阴阳离子树脂填料(3)的数量根据电解槽运行过程中产生的离子数量确定。
7.根据权利要求1所述的一种电解槽在线高压高温去离子装置，其特征在于，所述玻纤滤芯(4)设置于第二陶瓷分配块靠近多目分流板(5)的一端。
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