CN106591874A - 一种氯酸盐电解氢气的综合利用系统及其综合利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种氯酸盐电解氢气的综合利用系统及其综合利用方法，包括采用输气管道依次连接起来的氯酸盐电解系统、氢气洗涤塔、活性炭过滤器、氢气缓冲罐、氢气压缩机、第一阻火器、氢气冷却器以及锅炉燃烧装置，所述氢气压缩机与第一阻火器之间还设有第二阻火器，第二阻火器的出口与外界连接。本发明能够实现将氯酸盐电解系统产生的氢气进行除杂质以及去除水份等综合处理后送到燃烧系统燃烧，不仅能够节降工厂的能源成本，而且用清洁能源代替重油等燃料更加保护环境，该系统更加安全、稳定和可靠。

Description

一种氯酸盐电解氢气的综合利用系统及其综合利用方法
技术领域
本发明属于工业废气处理技术领域，涉及一种氯酸盐电解氢气的综合利用系统及其综合利用方法。
背景技术
氯酸盐的生产是以饱和食盐水作原料，在无隔膜的电解槽中用电化学方法制取，阳极反应主要是Cl-离子失去电子生成氯气，随电解液在电解槽中循环吸收，在80℃的条件下，生成氯酸钠。阴极反应主要是H+离子得到电子生成氢气，随尾气排空。如果不回收尾气中的氢气，将使电解槽的阴极半反应所消耗的电能，白白地以氢气放空的形式浪费掉，造成资源浪费。由于现在氯酸盐电解时主要产品为氯酸盐，而副产品氢气由于压力低，以及电解氢气的不纯净不易综合利用，大部份厂家经过简单处理后都对空排放了，只有某些化工厂回收部分制作双氧水，由于氯酸盐电解的不稳定性以及氢气的不纯净等因数使得氢气的综合利用的效率十分稀少。
发明内容
鉴以此，本发明的目的在于提供了一种氯酸盐电解氢气的综合利用系统及其综合利用方法，解决了上述问题。
为了达到上述的目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种氯酸盐电解氢气的综合利用系统，包括采用输气管道依次连接起来的氯酸盐电解系统、氢气洗涤塔、活性炭过滤器、氢气缓冲罐、氢气压缩机、第一阻火器、氢气冷却器以及锅炉燃烧装置，所述氢气压缩机与第一阻火器之间还设有第二阻火器，第二阻火器的出口与外界连接。
进一步的，所述氢气压缩机进口设计了压力止回阀，所述氢气压缩机出口设计压力放空阀，压力止回阀与压力放空阀连锁组合成压力回流自动调节系统。
进一步的，所述氢气冷却器出口处安装有自动气水分离器。
进一步的，所述氢气冷却器与所述锅炉燃烧装置之间的输气管道段设有冷凝水排放点。
一种氯酸盐电解氢气的综合利用方法，包括以下步骤：S1、氯酸盐电解系统产生氢气；S2、一次除氯；S3、二次除氯和一次除水；S4、压缩氢气；S5、二次除水，得到合格氢气能源。
进一步的，所述步骤S2一次除氯过程是在氢气洗涤塔内进行，氯酸盐电解系统产生的氢气采用烧碱进行吸收，ORP控制范围在≤540，保证氢气洗涤塔洗涤的碱为过量状态，加碱系统和ORP自动连锁控制，当ORP高过540时，加碱系统自动补碱。
进一步的，所述步骤S3二次除氯和除水过程是在活性炭过滤器中进行，经过一次除氯的氢气送往活性碳床将氢气中残余的氯和水份除去，二次除氯后进行残氯的监控，氯气浓度≤3PPM。
进一步的，所述步骤S4压缩氢气过程是在氢气压缩机内进行，通过氢气压缩机对提供的氢气进行加压，氢气压缩机进口压力小于20KPa，氢气压缩机的出口压力为1.2～1.5公斤。
进一步的，所述步骤S5二次除水过程是在氢气冷却器内进行，用冰水进行冷却氢气和除去水份。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的一种氯酸盐电解氢气的综合利用系统，能够实现将氯酸盐电解系统产生的氢气进行除杂质以及去除水份等综合处理后送到燃烧系统燃烧，从而代替使用的重油、天然气或煤等燃料，不仅能够节降工厂的能源成本，而且用清洁能源代替重油等燃料更加保护环境，阻火器的设置使得该系统更加安全、稳定和可靠。本发明提出的氯酸盐电解氢气的综合利用方法，回收利用率为排放量的85％以上，氢气纯度大于99％。每1吨氢气可以相当于代替3吨的重油，年经济效益在可达350万，具有很大的经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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优选实施例，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为本发明氯酸盐电解氢气的综合利用系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
参见图1，一种氯酸盐电解氢气的综合利用系统包括采用输气管道依次连接起来的氯酸盐电解系统、氢气洗涤塔、活性炭过滤器、氢气缓冲罐、氢气压缩机、第一阻火器、氢气冷却器以及锅炉燃烧装置，所述氢气压缩机与第一阻火器之间还设有第二阻火器，第二阻火器的出口与外界连接。
上述氯酸盐电解氢气的综合利用系统的工艺流程，包括以下步骤：
S1、氯酸盐电解系统产生氢气；
S2、一次除氯：
所述步骤S2一次除氯过程是在所述氢气洗涤塔内进行，氯酸盐电解系统产生的氢气用质量分数为5～10％的烧碱进行吸收。由于氧化还原电位(简称ORP)高过540时，过高的ORP会导致除氯效果不好，影响后段对氯的处理效果，所以洗涤过程中，ORP控制范围为≤540，温度控制为45℃以下，且保证氢气洗涤塔洗涤的碱一直过量，加碱系统和ORP自动连锁控制，当ORP高过540时，加碱系统自动补碱，当洗涤液中碱过量含量为0.8～1.2克/升时，ORP＜540。反应式为：Cl2+NaOH＝NaCl+NaClO。
S3、二次除氯和一次除水：
所述步骤S3二次除氯和除水过程是在所述活性炭过滤器中进行，经过一次除氯的氢气通过控制阀门送往活性碳床，活性碳床为填料式构造，进一步将氢气中残余的氯和水份除去，二次除氯后进行残氯的监控，确保残氯几乎为零，即氯气浓度≤3PPM，解决了氯酸盐电解尾气中的氯气污染。在其他实施例中，发现相同条件下，当步骤S2中ORP＝550时，氯气浓度＞100PPM，除氯效果明显降低。
经二次除氯和一次除水后的气体送入氢气缓冲罐，以稳定和控制氢气压力，减少氢气压力波动对本系统运行的影响，提高系统运行的安全性。原理为：氢气缓冲罐体积比输气管道放大后，对输气管道的压力变化有调节作用。
S4、压缩氢气：
所述步骤S4压缩氢气过程是在所述氢气压缩机内进行，以提升压力，通过氢气压缩机对提供的氢气进行加压，通常氯酸盐电解系统产生的氢气的压力低只有20-28Kpa左右，所以要保证氢气压缩机进口压力要低于20KPa，通常控制在5-15Kpa，进口压力低于电解槽排放气体的压力才能把氢气输送到压缩机进口，压差越大输送量就越大，氢气压缩机的出口压力控制在1.2-1.5公斤，以保证在线燃烧量的输出。为了确保氢气系统的安全运行，氢气压缩机进口设计了压力止回阀，以及氢气压缩机出口设计压力放空阀，压力止回阀与压力放空阀连锁组合成压力回流自动调节系统，以确保氢气系统安全运行。
S5、二次除水，得到合格氢气能源：
所述步骤S5二次除水过程是在所述氢气冷却器内进行，通过间接冷却器的形式，用5～10℃左右的冰水进行氢气冷却且除去水份，提高燃烧效率。所述氢气冷却器出口处安装自动气水分离器，提高氢气的产出率。所述氢气冷却器与所述锅炉燃烧装置之间的输气管道段设有冷凝水排放点，以排除冷凝水。
所述氢气能源为该系统的锅炉燃烧装置提供热能，通过氢气燃烧枪进行燃烧，实现清洁能源的利用。
采用本发明系统及其综合利用方法对某厂的电解尾气进行处理，处理前后的相关数据见表1：
表1
项目 处理前 处理后
氢气含量 155kg/Hr 135kg/Hr
氧含量 117kg/Hr 50kg/Hr
氮含量 微量无法探测 微量无法探测
氯含量 87kg/Hr 微量无法探测
二氧化碳 微量无法探测 微量无法探测
从表1的数据可以看出，本发明提出的氯酸盐电解氢气的综合利用方法，氢气的回收利用率为排放量的87％。
本发明回收的氢气通过检测，各项成分含量如表2所示：
表2
项目 标准 本发明获得的氢气
氢纯度(％) 96％ 99.5％
氧纯度(％) 2.5％ 0.5％
氮纯度(％) 微量无法探测 微量无法探测
氯 1％ 微量无法探测
碱 微量无法探测 微量无法探测
水份 0.5％ 微量无法探测
经本发明方法处理后的气体为纯净氢气，可以作为工业燃料直接使用，大大节约生产成本，产生极大经济效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种氯酸盐电解氢气的综合利用系统，其特征在于，包括采用输气管道依次连接起来的氯酸盐电解系统、氢气洗涤塔、活性炭过滤器、氢气缓冲罐、氢气压缩机、第一阻火器、氢气冷却器以及锅炉燃烧装置，所述氢气压缩机与第一阻火器之间还设有第二阻火器，第二阻火器的出口与外界连接。
2.根据权利要求1所述氯酸盐电解氢气的综合利用系统，其特征在于，所述氢气压缩机进口设计了压力止回阀，所述氢气压缩机出口设计压力放空阀，压力止回阀与压力放空阀连锁组合成压力回流自动调节系统。
3.根据权利要求1所述氯酸盐电解氢气的综合利用系统，其特征在于，所述氢气冷却器出口处安装有自动气水分离器。
4.根据权利要求1所述氯酸盐电解氢气的综合利用系统，其特征在于，所述氢气冷却器与所述锅炉燃烧装置之间的输气管道段设有冷凝水排放点。
5.一种氯酸盐电解氢气的综合利用方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、氯酸盐电解系统产生氢气；S2、一次除氯；S3、二次除氯和一次除水；S4、压缩氢气；S5、二次除水，得到合格氢气能源。
6.根据权利要求5所述氯酸盐电解氢气的综合利用方法，其特征在于，所述步骤S2一次除氯过程是在氢气洗涤塔内进行，氯酸盐电解系统产生的氢气采用烧碱进行吸收，ORP控制范围≤540，保证氢气洗涤塔洗涤的碱为过量状态，加碱系统和ORP自动连锁控制，当ORP＞540时，加碱系统自动补碱。
7.根据权利要求5所述氯酸盐电解氢气的综合利用方法，其特征在于，所述步骤S3二次除氯和除水过程是在活性炭过滤器中进行，经过一次除氯的氢气送往活性碳床将氢气中残余的氯和水份除去，二次除氯后进行残氯的监控，氯气浓度≤3PPM。
8.根据权利要求5所述氯酸盐电解氢气的综合利用方法，其特征在于，所述步骤S4压缩氢气过程是在氢气压缩机内进行，通过氢气压缩机对提供的氢气进行加压，氢气压缩机进口压力小于20KPa，氢气压缩机的出口压力为1.2～1.5公斤。
9.根据权利要求5所述氯酸盐电解氢气的综合利用方法，其特征在于，所述步骤S5二次除水过程是在氢气冷却器内进行，用冰水进行冷却氢气和除去水份。
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