CN104388971B - 水电解制氢设备的综合处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水电解制氢设备的综合处理装置，属于氢或氧的电解水技术领域。该装置罐体的底部有气体进口，补水溢流管的出口伸到气液分离器底部；罐体的下部设有与外部连通的补水进口；罐体的中部设有回流组件；罐体的上部设有捕滴网。该水电解制氢设备的综合处理装置针对现有技术进行整合与补充，将水电解制氢过程中多步集中,提出一种在水电解制氢气过程中同时对气体进行洗涤、冷却、对系统补水的综合处理装置，实现多功能一体化，减小水电解制氢设备的总占地面积，节约成本并提高装置整体空间利用率。

Description

水电解制氢设备的综合处理装置
技术领域
本发明涉及一种制氢的处理装置，属于氢或氧的电解水技术领域。
背景技术
水电解制氢的一般工艺流程是：采用25～30%氢氧化钾或氢氧化钠水溶液为电解液，电解槽在80～90℃条件下工作。电解系统正常运行时，工业软水经纯水装置制取纯水，并送入纯水水箱，经补水泵输入碱液系统，补充因电解而消耗的水。水在电解槽中被电解成H2与O2，并与未被电解的碱液一起进入气液处理装置中，然后在气液分离器进行气液分离，分离出来的气体再经过气体洗涤器、气体冷却器。在此过程中，经气液分离后的气体含水量和含碱量较大，且气体温度高，需多步处理逐步降低气体中的碱性物质含量，以降低气体中的碱性物质对整体水电解制氢设备的影响。
相对的，气体中含碱所以电解液中的碱性物质在不断减少，电解工作会因碱液的浓度降低而受到影响，现有技术将碱液做停机补充，会降低氢气产出率。工艺较繁琐碱液浓度浮动较大，氢气产出率不稳定。
而且为了减少碱性物质腐蚀水电解制氢设备，经过冷却的气体会通过洗涤设备来实现脱碱。
此外，在电解设备运行过程中时常要进行补水，由于电解槽中的正常工作温度是在85℃左右，所以需要对补水进行预加热处理后再加入电解槽中，否则会影响电解槽工作温度，降低产出氢气的质量。
所以说从整体上来看，水电解制氢设备对于气体冷却、脱碱及补水等工艺是必不可缺的，然而现有技术中这些设备分散而不统一，造成水电解制氢设备的复杂化和大型化，带来占地、维护、经济效益等一系列问题。
发明内容
本发明要解决的第一技术问题是：保证在水电解制氢设备正常运行的同时，又能够减小水电解制氢设备的总占地面积，，针对现有技术不足，提出一种将各工艺流程集中一体的综合处理装置。
本发明要解决的第二技术问题是：在解决第一技术问题的同时，减小该综合处理装置自身的体积。
本发明为解决第一技术问题提出的第一技术方案是：一种水电解制氢设备的综合处理装置,该综合处理装置下方连通有所述水电解制氢设备的气液分离器，该综合处理装置包括罐体，所述罐体的下部设有与外部连通的补水进口，所述罐体内的中部设有回流机构，所述罐体内的上部设有捕滴网；所述回流机构包括设置在所述罐体内的至少两层气泡细化网和穿设于所述气泡细化网中部的回流组件；所述回流组件包括基板和固接于所述基板下面的三层套管，所述基板上开有通孔，所述三层套管由内到外依次为补水溢流管、进气管和气体回流管，所述通孔与所述补水溢流管连通。
第一技术方案的有益效果是：含碱性物质的高温气体从进气管进入该装置后再经过细化网分散细化，使气体与罐内水充分接触，在气体与水进行热交换的同时将其所携带的碱性物质溶于水中。
综合考虑罐内碱性水溶液的饱和度、电解槽中碱性物质流速率失及电解槽中水的消耗量等问题，所以在罐体的下方设置了补水进口，来为装置提供水，并且当罐体内水位达到一定高度时会从设置在罐体正中的补水溢流管回流至气液分离器，回流液体是具有一定温度的碱性溶液，该溶液是为电解槽提供真正补水的溶液。
所以说该装置在保证了水电解制氢设备的正常工作的同时，即对气体进行初步冷却、对气体进行去碱处理及对水电解制氢设备进行补水，将原先处理这些工序所用到的装置进行了一体化集中，使得水电解制氢设备的总占地面积大大缩减。
在第一技术方案的基础上本发明为解决第二技术问题提出的第二技术方案是：所述进气管靠近基板端的管壁上开有若干通气孔，所述补水溢流管向下延伸到所述气液分离器中，所述进气管向下与所述气液分离器的出气口对接，所述气体回流管向下延伸并穿过所述气泡细化网的最底层。
第二技术方案的有益效果是：通过将气体回流管向下延伸并穿过所述气泡细化网的最底层的设计，使得从进气管进来的气体在罐体内的运动行程加大，使得气体进行一次冷却，之后气体被输送到罐体的最下端，并由自身浮力作用上浮，上浮过程中被气泡细化网分散细化，使得分散后的小气泡充分与水接触，所含有的碱性物质溶于水，以最大程度减少从该装置出去气体所含的碱性物质，减少了输送的气体对水电解制氢设备的腐蚀，延长了整套设备的使用寿命。
所述说在保证水电解制氢设备正常运行，将各工艺进行整合集中在一个装置的大前提下，该装置通过上述涉及合理的利用了有限的空间，在最大程度上缩减了该装置自身的体积，不会因为功能太多而使得装置本身变得太复杂。
上述第一技术方案的改进是：所述气体回流管外周壁盘设有冷却水盘管。
上述技术方案的有益效果是：在三层套管最外侧的气体回流管的外周壁盘设冷却水盘管，以进一步降低在管路中流动的气体的温度，减缓该装置的冷却压力和输出气体的冷却温度。
上述技术方案的改进是：第一气泡细化网固设在所述基板上，第二气泡细化网位于所述回流机构的底部，所述第一气泡细化网的目数大于所述第二气泡细化网的目数。
上述技术方案的改进是：所述第一气泡细化网与所述第二气泡细化之间还设置了目数小于所述第一气泡细化网目数而大于所述第二气泡细化网目数的若干气泡细化网。
上述技术方案的有益效果是：第二气泡细化网目数大于第一气泡细化网目数，以此来进一步分散细化气体；设置多层气泡细化网，在实际情况允许的范围内可以最大程度的细化气体，以求气体所附带的碱性物质完全溶解在水中。
上述技术方案的改进是：所述补水进口处设有三通水阀，所述冷却水盘管的出口通过管道连通到所述三通水阀的入水口。
上述技术方案的有益效果是：冷却水盘管的出口通过管道连通到三通水阀的入水口，使得冷却水可以通入到罐体内作为备用补水，以此来节约用水，更为环保。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例的水电解制氢设备的综合处理装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例
本实施例的一种水电解制氢设备的综合处理装置，如图1所示,该综合处理装置进气管14的底端进口与其下方气液分离器2的出气口1连通,并通过法兰密封连接，气体从该水电解制氢设备的综合处理装置的顶部气体出口10排除，该水电解制氢设备的综合处理装置包括罐体9，罐体9的下部设有与外部连通的补水进口4，罐体9的中部设有回流机构，罐体9的上部设有沿罐体9径向设置于罐体9内的捕滴网11；回流机构包括设置在所述罐体内的第一气泡细化网12、第二气泡细化网13及穿设于气泡细化网中部的回流组件；回流组件包括基板8和焊接于基板8下面的三层套管，基板8的正中开有通孔，第一气泡细化网12就固设在基板8上，三层套管由内到外依次为补水溢流管3、进气管14和气体回流管6，通孔与补水溢流管3连通。
在进气管14靠近基板8端开有若干通气孔，补水溢流管3的另一端延伸到气液分离器2的液面以下，以防止气体从补水溢流管3逆流进入到该综合处理装置中，影响装置的正常运行。回流管6另一端延伸到回流机构的下方,也即延伸到第二气泡细化网13的下方,使气体被气泡细化网分散细化充分洗涤，最大程度的消除气体中带有的碱性物质；气体回流管6的外周壁，即回流组件的最外层绕设有冷却水盘管15。
本实施例的第一层气泡细化网12的目数大于所述第二层气泡细化网13的目数。
在本实施例中还可以在第一气泡细化网12和第二气泡细化网13之间还可以加入多层气泡细化网,并且细化网的目数可以由下自上依次增加也可以是各气泡细化网的目数一致，以达到更好的气体细化分散效果。冷却水盘管15的进口7与出口5均设置在罐体9的外侧，由水阀控制开闭。
本实施例的补水进口4处设有三通水阀，冷却水盘管15的出口通过管道连通到三通水阀的入水口。
本实施例的基板8上的开口设置在基板8的正中。当然也可以依据需要开设在基板8的其他位置上，但是开在正中相对其他位置来说效果更好，其可以使气体散热更均匀，同时装置中各位置中水温也较为接近。
本实施例的综合装置将水电解制氢工艺中的冷却、洗涤和补水的装置一体化，以此来缩减水电解制氢设备的总占地面积，同时通过一些合理的设计，在保证水电制氢设备正常运行的同时，最大程度缩减了设备的总体积，所以不必担心因为集中过多功能导致设备大型化和复杂化的问题。
值得一提的是，该装置不仅能够保证水电解制氢设备的正常运行，还在一些细节上注意如何合理利用电能、热能及水资源，以适应国家对节能减排环保高效的要求。例如将高温气体用于预热补水、将冷却水通回到罐体内及洗涤液体回流等措施。
水电解制氢得到气体是一种湿度大、温度高、含碱性物质的气体，一般步骤是先将气体冷却后再洗涤，而随着电解的不断进行，电解液的溶质和溶剂的量均在减少，即碱性物质和水都在流失，所以要进行补充，而电解液的工作温度一般都很高，冷水直接注入会影响电解的正常进行，因此需要进行预加热处理以减小影响。
而本案中通过一些结构的合理设计，避免了出现上述问题，先进行了初步冷却后洗涤，在将洗涤后含有碱性物质的溶液回流至电解槽中，而直接通入该装置的高温气体对罐体内的水进行了加热，所以不必再去担心回流水温的问题。
在使用中,需先将罐体9内预装部分水，其高度不要高于第一气泡细化网12即可。本实施例的电解得到的气体从进气管14进入到本实施例的中和处理装置中,此时气体中含碱量、含水量及气体温度都较高，而一般的处理方式是先冷却再洗涤除碱再执行后续的一些工艺步骤，而使用本装置后，高温高碱含量高水含量的气体直接输送进本装置，气体经过冷却回流，被输送到第二气泡细化网13的下方此时气体温度较刚输送进来的气体温度相比有明显下降。气体在水中上浮被气泡细化网分散细化，气泡中含有的碱性物质溶于水中，气体在通过第一气泡细化网12之后，气体中的碱性物质含量有明显降低，但仍有较高的含水量，因此本实施例的综合处理装置在罐体9的上部还设置了一个捕滴网11，该措施在一定程度上降低了最终由气体出口10排出的气体的含水量。
从上述描述我们可以看出，本实施例的综合处理装置完成了对电解得到气体的洗涤、冷却，而本实施例还可以解决为电解槽补水这一工艺中存在的问题。
在本实施例中的综合处理装置，有一套可以进行热交换的补水系统，在冷却气体的同时加热了将要补入电解槽中的水的温度，这些水就是为气体进行洗涤除碱的水，因此这些水中有一定的含碱量，可以很好的减缓电解槽中的碱性物质的流失。
本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种水电解制氢设备的综合处理装置,该综合处理装置下方连通有所述水电解制氢设备的气液分离器，其特征在于：该综合处理装置包括罐体，所述罐体的下部设有与外部连通的补水进口，所述罐体内的中部设有回流机构，所述罐体内的上部设有捕滴网；所述回流机构包括设置在所述罐体内的至少两层气泡细化网和穿设于所述气泡细化网中部的回流组件；所述回流组件包括基板和固接于所述基板下面的三层套管，所述基板上开有通孔，所述三层套管由内到外依次为补水溢流管、进气管和气体回流管，所述通孔与所述补水溢流管连通。
2.如权利要求1所述的水电解制氢设备的综合处理装置，其特征在于：所述进气管靠近基板端的管壁上开有若干通气孔，所述补水溢流管向下延伸到所述气液分离器中，所述进气管向下与所述气液分离器的出气口对接，所述气体回流管向下延伸并穿过所述气泡细化网的最底层。
3.如权利要求1所述的水电解制氢设备的综合处理装置，其特征在于：所述气体回流管外周壁盘设有冷却水盘管。
4.如权利要求1、2或3所述的水电解制氢设备的综合处理装置，其特征在于：第一气泡细化网固设在所述基板上，第二气泡细化网位于所述回流机构的底部，所述第一气泡细化网的目数大于所述第二气泡细化网的目数。
5.如权利要求4所述的水电解制氢设备的综合处理装置，其特征在于：所述第一气泡细化网与所述第二气泡细化之间还设置了目数小于所述第一气泡细化网目数而大于所述第二气泡细化网目数的若干气泡细化网。
6.如权利要求3所述的水电解制氢设备的综合处理装置，其特征在于：所述补水进口处设有三通水阀，所述冷却水盘管的出口通过管道连通到所述三通水阀的入水口。
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