CN220224362U - 一种脱除电解槽粗氢气碱雾的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种脱除电解槽粗氢气碱雾的装置，该装置包括电解槽、分离***、以及设于所述电解槽与所述分离***之间的压力提升***，压力提升***用于稀释含碱雾粗氢气并提高其压力以脱除部分碱雾，分离***的底端出液口还分别接通电解槽和压力提升***。与现有技术相比，本实用新型通过压力提升***先将含碱雾粗氢气与水混合，并提高其压力，以脱除部分碱雾，再二次分离，使得碱雾浓度降低至0.1％～0.3％，避免在下游设备中产生结晶。
Description
技术领域
本实用新型涉及电解氢气处理技术领域，尤其是涉及一种脱除电解槽粗氢气碱雾的装置。
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。坚持氢能绿色利用的初衷，积极发展以质子交换膜电解水制氢为代表的绿氢制备技术，实现与可再生能源的融合发展。
目前在市场化进程方面，碱水电解(AWE)作为最为成熟的电解技术占据着主导地位，尤其是一些大型项目的应用。AWE采用氢氧化钾(KOH)水溶液为电解质，分离水产生氢气和氧气。
通常，基于氯碱行业发展的低压AWE电解槽，具有运行安全系数，电流密度和效能高的特征，尤其被国外用户所青睐。但是低压AWE电解槽的操作压力通常维持在20～30kPag范围。在进入到下游工段前必须经过压缩工段。正是因为操作压力低，在气液分离过程中容易夹带碱雾进入到压缩机内。该碱雾为含量30％KOH液滴。
此流程存在如下不足：
(1)由于电解槽操作压力较低，如果采用常规除雾装置和方法，例如洗涤塔，纤维除雾器，板式除雾器等高效除雾器。压力降较大，导致最初级压缩机入口压力更低，增加下游压缩机能耗。如果在局部区域出现死区，碱液也会出现结晶的情况堵塞除雾部件。
(2)由于电解槽操作压力较低，通常操作压力在20～30kPag，在压缩前脱除碱雾，设置的气液分离器尺寸将比在压缩后设置气液分离器的尺寸大，这增加了气液分离器的投资与占地。
(3)由于如果采用常规除雾装置和方法，只能脱除一定量的碱雾。如果采用水洗工艺，由于液气比太小无法达到洗涤脱除。如果加大洗涤量或者增加洗涤用填料层高度也同时加大了气体阻力，增加了后续压缩机功耗。
(4)剩余碱雾在后续压缩过程中，由于水分的蒸发，碱雾中含量30％KOH会在压缩机内部结晶析出并且在局部堆积。长时间运行后容易出现压缩机损害情况。
(5)当停车后需要氮气吹扫，又降低了水分分压，导致管道内残余的碱液容易出现结晶现象。
解决上述流程的不足之处，关键是在于尽量脱除粗氢气的碱雾，避免后续压缩机内部出现碱液结晶。同时需要保持后续压缩机功耗尽量低。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种脱除电解槽粗氢气碱雾的装置。
这是一种直接在压力提升过程中直接脱除电解槽粗氢气碱雾的流程，来解决目前含碱雾粗氢产品中在后续常规压缩过程中升温水汽蒸发后导致KOH结晶损害压缩机的问题，同时可以解决KOH结晶造成的管道阀门堵塞问题。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
本实用新型技术方案为提供一种脱除电解槽粗氢气碱雾的装置，包括电解槽以及接通所述电解槽一端出口的分离***，所述装置还包括设于所述电解槽与所述分离***之间的压力提升***，所述压力提升***用于稀释来源于所述电解槽的含碱雾粗氢气并提高所述含碱雾粗氢气的压力以脱除部分碱雾，所述分离***的底端出液口还分别接通所述电解槽和压力提升***。
进一步地，所述压力提升***选自喷射螺杆压缩机、水环式压缩机、文丘里喷射泵、或动力波洗涤器中的任意一种。
进一步地，当所述压力提升***为喷射螺杆压缩机、水环式压缩机或文丘里喷射泵时，所述分离***为气液分离器。
更进一步地，当所述压力提升***为文丘里喷射泵时，所述气液分离器的底部出液口处还设有高压循环洗涤水泵。
进一步地，当所述压力提升***为动力波洗涤器时，所述分离***为动力波洗涤塔，所述动力波洗涤塔的底部出液口处还设有高压循环洗涤水泵。
更进一步地，所述气液分离器内设有填料或喷淋器，所述气液分离器内的填料为任何形式和材质的填料，如规整填料、散堆填料；
所述气液分离器内的喷淋器采用任何形式的喷头，该喷头仅需满足均匀覆盖气液分离器即可。
更进一步地，所述动力波洗涤塔内设有填料，所述填料为任何形式和材质的填料，如规整填料、散堆填料。
更进一步地，所述气液分离器和所述动力波洗涤塔内设有除雾器，所述除雾器类型可以为任意类型，如丝网除雾器、折流板式除雾器、纤维除雾器、漩流管除雾器或其它高效除雾器。
基于上述技术方案之一所述的装置，脱除电解槽粗氢气碱雾的方法为：将电解槽中的含碱雾粗氢气引入压力提升***中，含碱雾粗氢气经压力提升***一次分离，再经分离***二次分离，分离得到的粗氢气从分离***的顶部出气口流出，分离得到的稀碱水经分离***的底部出液口流出至电解槽和压力提升***循环使用。
进一步地，当压力提升***为喷射螺杆压缩机时，所述分离***为气液分离器，含碱雾粗氢气进入喷射螺杆压缩机进行一次分离，而后进入气液分离器进行二次分离，得到粗氢气和含KOH浓度为0.1％～0.3％的稀碱水，
其中一次分离的工艺为：含碱雾粗氢气与喷射螺杆压缩机内的循环洗涤水混合，并提升含碱雾粗氢气压力至2～30bar；
二次分离的工艺为：将与水混合的含碱雾粗氢气经气液分离器分离，得到夹带量为100～1000mg/Nm3的气相，气相与从气液分离器内填料上部进入的纯水在填料表面进行气液传质，从而进一步稀释气相中的碱雾浓度，并经气液分离器的除雾器过滤，最终从气液分离器的顶部出气口流出，废液从气液分离器的底部出液口流出，分别得到净化后的粗氢气和含KOH浓度为0.1％～0.3％的稀碱水。
进一步地，当压力提升***为水环式压缩机时，所述分离***为气液分离器，含碱雾粗氢气进入水环式压缩机进行一次分离，而后进入气液分离器进行二次分离，得到粗氢气和含KOH浓度为0.1％～0.3％的稀碱水，
其中一次分离的工艺为：含碱雾粗氢气与水环式压缩机内的循环洗涤水混合，并提升含碱雾粗氢气压力至2～30bar；
二次分离的工艺为：将与水混合的含碱雾粗氢气经气液分离器分离，得到夹带量为100～1000mg/Nm3的气相，气相与从气液分离器内填料上部进入的纯水在填料表面进行气液传质，从而进一步稀释气相中的碱雾浓度，并经气液分离器的除雾器过滤，最终从气液分离器的顶部出气口流出，废液从气液分离器的底部出液口流出，分别得到净化后的粗氢气和含KOH浓度为0.1％～0.3％的稀碱水。
进一步地，当压力提升***为文丘里喷射泵时，所述分离***为气液分离器，含碱雾粗氢气进入文丘里喷射泵进行一次分离，而后进入气液分离器进行二次分离，得到粗氢气和含KOH浓度为0.1％～0.3％的稀碱水，
其中一次分离的工艺为：含碱雾粗氢气与文丘里喷射泵内的循环喷射水混合，并提升含碱雾粗氢气压力至1～100kPa；
二次分离的工艺为：将与水混合的含碱雾粗氢气经气液分离器分离，得到夹带量为100～1000mg/Nm3的气相，气相与从气液分离器内填料上部进入的纯水在填料表面进行气液传质，从而进一步稀释气相中的碱雾浓度，并经气液分离器的除雾器过滤，最终从气液分离器的顶部出气口流出，废液从气液分离器的底部出液口流出，分别得到净化后的粗氢气和含KOH浓度为0.1％～0.3％的稀碱水，稀碱水还流经高压循环洗涤水泵后分别流向电解槽和文丘里喷射泵。
进一步地，当压力提升***为动力波洗涤器时，所述分离***为动力波洗涤塔，含碱雾粗氢气进入动力波洗涤器进行一次分离，而后进入动力波洗涤塔进行二次分离，得到粗氢气和含KOH浓度为0.1％～0.3％的稀碱水，
其中一次分离的工艺为：含碱雾粗氢气逆向穿过动力波洗涤器内的泡沫层，并稳定维持含碱雾粗氢气压力降小于1～2kPa；
二次分离的工艺为：将穿过泡沫层的含碱雾粗氢气经动力波洗涤塔分离，得到夹带量为100～1000mg/Nm3的气相，气相与从动力波洗涤塔内填料上部进入的纯水在填料表面进行气液传质，从而进一步稀释气相中的碱雾浓度，并经动力波洗涤塔的除雾器过滤，最终从动力波洗涤塔的顶部出气口流出，废液从动力波洗涤塔的底部出液口流出，分别得到净化后的粗氢气和含KOH浓度为0.1％～0.3％的稀碱水，稀碱水还流经高压循环洗涤水泵后分别流向电解槽和动力波洗涤器。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
(1)本实用新型在脱除电解槽粗氢气碱雾的过程中，取消含碱雾粗氢气直接从电解槽进入到气液分离器或者水洗塔的流程设计，而是增加了压力提升***的一次分离脱除粗氢气中的部分碱雾(即含碱雾粗氢气与水混合并提高了其压力，使得粗氢气中的碱雾被水吸收稀释)，再经气液分离器或者水洗塔的二次分离，使得碱雾中KOH的浓度降低至0.1％～0.3％，避免高浓度碱雾被带入下游装置并且在下游设备或管道中产生结晶情况，保证设备运行安全。
(2)本实用新型的压力提升***可选用多种压力提升设备，操作简单，且效率高。
附图说明
图1为含有喷射螺杆压缩机的脱除电解槽粗氢气碱雾的装置的结构示意图。
图2为含有水环式压缩机的脱除电解槽粗氢气碱雾的装置的结构示意图。
图3为含有文丘里喷射泵的脱除电解槽粗氢气碱雾的装置的结构示意图。
图4为含有动力波洗涤器的脱除电解槽粗氢气碱雾的装置的结构示意图。
图中标识如下：
1为电解槽，2为喷射螺杆压缩机，3为水环式压缩机，4为文丘里喷射泵，5为动力波洗涤器，6为气液分离器，7为动力波洗涤塔，8为高压循环洗涤水泵，9为阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
以下各实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或常规结构。
实施例1：
如图1所示，一种脱除电解槽粗氢气碱雾的装置，包括依次通过管道连接的电解槽1、喷射螺杆压缩机2、气液分离器6，气液分离器6的底部出液口还接通电解槽1和喷射螺杆压缩机2，其在流经电解槽1和水环式压缩机3前的管道上还设有阀门9。
利用上述装置脱除电解槽粗氢气碱雾的方法为：来自电解槽1产生的含碱雾粗氢气进入喷水螺杆压缩机2，循环洗涤水和含碱雾粗氢气一同进入到喷水螺杆压缩机2中，含碱雾粗氢气与循环洗涤水在喷水螺杆压缩机2的间隙中得到充分的混合，然后加压至2～30bar，由于碱雾被重新溶解到加入的循环洗涤水中，碱液浓度被进一步被稀释，然后将加压后且与水混合的含碱雾粗氢气再进入到高效气液分离器6，进行气液分离。高效气液分离器6出来的气相夹带量为100～1000mg/Nm3，气相从其填料的底部进入，与填料上部进入的纯水在填料表面进行气液传质，进一步稀释气相夹带的碱雾浓度和减少雾沫夹带，最终净化后的气相从高效气液分离器6顶部的出气口流出，废液从高效气液分离器6的底部出液口流出，分别得到净化后的粗氢气和含KOH浓度为0.1％～0.3％的稀碱水。
通过这一脱除电解槽粗氢气碱雾的过程，最终在100～1000mg/Nm3气相夹带量下KOH从原来30％稀释至0.1～0.3％，满足下游压缩机对颗粒物的需求，达到下游离心压缩机或者往复压缩机对晶体可以的可承受范围。
实施例2：
如图2所示，一种脱除电解槽粗氢气碱雾的装置，包括依次通过管道连接的电解槽1、水环式压缩机3、气液分离器6，气液分离器6的底部出液口还接通电解槽1和水环式压缩机3，其在流经电解槽1和水环式压缩机3前的管道上还设有阀门9。
利用上述装置脱除电解槽粗氢气碱雾的方法为：来自电解槽1产生的含碱雾粗氢气进入水环式压缩机3，循环洗涤水和含碱雾粗氢气一同进入到水环式压缩机3中，含碱雾粗氢气与循环洗涤水在水环式压缩机3的间隙中得到充分的混合，然后加压至2～30bar，由于碱雾被重新溶解到加入的循环洗涤水中，碱液浓度被进一步被稀释，然后将加压后且与水混合的含碱雾粗氢气再进入到高效气液分离器6，进行气液分离。高效气液分离器6出来的气相夹带量为100～1000mg/Nm3，气相从其填料的底部进入，与填料上部进入的纯水在填料表面进行气液传质，进一步稀释气相夹带的碱雾浓度和减少雾沫夹带，最终净化后的气相从高效气液分离器6顶部的出气口流出，废液从高效气液分离器6的底部出液口流出，分别得到净化后的粗氢气和含KOH浓度为0.1％～0.3％的稀碱水。
通过这一脱除电解槽粗氢气碱雾的过程，最终在100～1000mg/Nm3气相夹带量下KOH从原来30％稀释至0.1～0.3％，满足下游压缩机对颗粒物的需求，达到下游离心压缩机或者往复压缩机对晶体可以的可承受范围。
实施例3：
如图3所示，一种脱除电解槽粗氢气碱雾的装置，包括依次通过管道连接的电解槽1、文丘里喷射泵4、气液分离器6，且气液分离器6的底部出液口处还连接有高压循环洗涤水泵8，并接通电解槽1和文丘里喷射泵4。
利用上述装置脱除电解槽粗氢气碱雾的方法为：来自电解槽1产生的含碱雾粗氢气进入文丘里喷射泵4，来自高压循环洗涤水泵8的循环洗涤水和含碱雾粗氢气一同进入到文丘里喷射泵4中，使得含碱雾粗氢气的压力提升至1～100kPa，含碱粗氢气与循环洗涤水在文丘里喷射泵4中得到充分的混合，由于碱雾被重新溶解到加入的循环洗涤水中，碱液浓度被进一步被稀释，然后将加压后且与水混合的含碱雾粗氢气再进入到高效气液分离器6，进行气液分离。高效气液分离器6出来的气相夹带量为100～1000mg/Nm3，气相从其填料的底部进入，与填料上部进入的纯水在填料表面进行气液传质，进一步稀释气相夹带的碱雾浓度和减少雾沫夹带，最终净化后的气相从高效气液分离器6的出气口流出，废液从高效气液分离器6的底部出液口流出，分别得到净化后的粗氢气和含KOH浓度为0.1％～0.3％的稀碱水，稀碱水还流经高压循环洗涤水泵8后分别流向电解槽1和文丘里喷射泵4。
通过这一脱除电解槽粗氢气碱雾的过程，最终在100～1000mg/Nm3气相夹带量下KOH从原来30％稀释至0.1～0.3％，满足下游压缩机对颗粒物的需求，达到下游离心压缩机或者往复压缩机对晶体可以的可承受范围。
实施例4：
如图4所示，一种脱除电解槽粗氢气碱雾的装置，包括依次通过管道连接的电解槽1、动力波洗涤器5、动力波洗涤塔7，且动力波洗涤塔10的底部出液口处还连接有高压循环洗涤水泵8，并接通电解槽1和动力波洗涤器5。
利用上述装置脱除电解槽粗氢气碱雾的方法为：来自电解槽1产生的含碱雾粗氢气进入动力波洗涤器5，含碱雾粗氢气逆向穿过动力波洗涤器5的泡沫层(泡沫层是由高压循环洗涤水泵8和喷头提供)，并稳定维持含碱雾粗氢气压力降小于1～2kPa，含碱雾粗氢气与循环洗涤水在动力波洗涤管5中充分混合，由于碱雾被重新溶解到循环洗涤水中，碱液浓度被进一步被稀释，将穿过泡沫层的含碱雾粗氢气经动力波洗涤塔7分离，得到的夹带量为100～1000mg/Nm3的气相，气相从其填料底部进入，与从其填料上部进入的纯水在填料表面进行气液传质，从而进一步稀释气相中的碱雾浓度，最终净化后的气相从动力波洗涤塔7顶部的出气口流出，废液从动力波洗涤塔7的底部出液口流出，分别得到净化后的粗氢气和含KOH浓度为0.1％～0.3％的稀碱水，稀碱水还流经高压循环洗涤水泵8后分别流向电解槽1和动力波洗涤器5。
通过这一脱除电解槽粗氢气碱雾的过程，最终在100～1000mg/Nm3气相夹带量下KOH从原来30％稀释至0.1～0.3％，满足下游压缩机对颗粒物的需求，达到下游离心压缩机或者往复压缩机对晶体可以的可承受范围。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种脱除电解槽粗氢气碱雾的装置，包括电解槽(1)以及接通所述电解槽(1)一端出口的分离***，其特征在于，所述装置还包括设于所述电解槽(1)与所述分离***之间的压力提升***，所述压力提升***用于稀释来源于所述电解槽(1)的含碱雾粗氢气并提高所述含碱雾粗氢气的压力以脱除部分碱雾，所述分离***的底端出液口还分别接通所述电解槽(1)和压力提升***。
2.根据权利要求1所述的一种脱除电解槽粗氢气碱雾的装置，其特征在于，所述压力提升***选自喷射螺杆压缩机(2)、水环式压缩机(3)、文丘里喷射泵(4)、或动力波洗涤器(5)中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的一种脱除电解槽粗氢气碱雾的装置，其特征在于，当所述压力提升***为喷射螺杆压缩机(2)、水环式压缩机(3)或文丘里喷射泵(4)时，所述分离***为气液分离器(6)。
4.根据权利要求3所述的一种脱除电解槽粗氢气碱雾的装置，其特征在于，当所述压力提升***为文丘里喷射泵(4)时，所述气液分离器(6)的底部出液口处还设有高压循环洗涤水泵(8)。
5.根据权利要求2所述的一种脱除电解槽粗氢气碱雾的装置，其特征在于，当所述压力提升***为动力波洗涤器(5)时，所述分离***为动力波洗涤塔(7)，所述动力波洗涤塔(7)的底部出液口处还设有高压循环洗涤水泵(8)。
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