CN106801232A - 一种水电解制氢电解装置及其方法 - Google Patents

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杨炎
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Abstract

本发明提供了一种水电解制氢电解装置及其方法，包括电解槽，所述电解槽外部套有圆筒，所述圆筒与电解槽之间的腔体内设有氧气出气管，电解槽上连接有氢气出气管，所述电解槽产出的氢气通过氢气出气管出来直接进入使用车间，电解槽产出的氧气通过氧气平衡管一进入汽水分离器内，除去氧气中的水蒸气和水，除水后的氧气通过氧气平衡管二再进入圆筒和电解槽之间的腔体中，最后通过氧气出气管排出，该发明以自平衡结构和氧气作为平衡气体的方式解决了现有中压水电解制氢电解槽的密封技术不足的问题。

Description

一种水电解制氢电解装置及其方法
技术领域
本发明涉及水电解制氢设备，具体涉及一种水电解制氢电解装置及其方法。
背景技术
众所周知，提高水电解制氢过程的工作压力是提高电解效率的一种比较经济、有效的途径之一。传统的水电解制氢水电解槽的工作压力一般采用0.1MPa～1.6MPa之间，为提高电解效率当今国内外的水电解制氢行业，有的将工作压力提高3.0MPa～3.5MPa，最高不会超过3.5MPa，而高于3.5MPa高压运行的电解槽密封安全矛盾将进一步突出，成为制约的瓶颈技术。
由于氢气的体积能量密度很低，氢气在工业各个领域实际应用，都需经过加压在高的体积密度下进行储存和运输，要增加相应的设备和运行成本。随着国内外科技进步，新技术、新工艺、新设备不断发展，氢的应用范围也有了新的拓展，有些化工行业希望提供压力>3.5MPa氢气源连接供气，作为化工作业过程的优质还原剂或原料气，在这样背景情况下，>3.5MPa工作压力的高压水电解槽的密封技术的开发试验研究工作，引起更加的关注。
现有技术的水电解制氢电解槽的密封方法，通常都采用耐碱性较好的聚四氟橡胶或三元乙丙橡胶制作的平板型密封垫，通过螺杆的紧固力，将设立密封垫两侧的极板框压紧，实现其两个相邻端面之间的密封。如果需要提高电解槽工作压力进行密封，传统的途径是进一步加大对密封件的压紧力，来提高其密封效果，但这种现有密封技术存在着有以下不足：
（1）依靠增大压紧力来提高密封效果，势必随伴引起橡胶密封材料的压缩变形量加大，减少了工作条件下回弹量，过大的压紧力和初期压缩形变量，往往引起橡胶密封件的早期失效。
（2）平板型橡胶密封件在压紧状态下服役过程中，都会产生压缩蠕变收缩变形，压紧力越大，会引起蠕变形变亮加大和蠕变速度加快，往往采用增加碟簧数量进行补缩，放松驰也难以奏效。
发明内容
本发明的目的是克服现有中压水电解制氢电解槽的密封技术不足的问题，提供一种水电解制氢电解装置及其方法来适应当今化工行业市场开拓和今后发展的潜在市场对高压制氢、直接供气的需求，通过改进现有电解槽密封结构形式，将多组密封原理转化为两组密封原理,来提高设备的工作压力下的密封效果，以满足>3.5MPa工作压力的高压力水电解制氢电解槽密封要求，进而可以提高电解效率。
本发明的技术方案是提供了一种水电解制氢电解装置及其方法，包括电解槽，所述电解槽外部套有圆筒，所述圆筒与电解槽之间的腔体内设有氧气出气管，电解槽上连接有氢气出气管。
所述圆筒两端分别连接有端板，所述氧气出气管和氢气出气管都穿过端板连接至圆筒外部。
所述圆筒外部设有汽水分离器，所述汽水分离器上连接有氧气平衡管一和氧气平衡管二，所述氧气平衡管一穿过端板与电解槽连通，所述氧气平衡管二穿过端板与圆筒与电解槽之间的腔体连通。
所述圆筒采用一体式焊接形成的圆筒结构。
所述圆筒两端都焊有法兰，法兰与端板密封连接。
所述圆筒两端的法兰与端板之间设有密封垫。
所述圆筒两端与端板之间还通过拉杆拉紧。
一种水电解制氢电解方法，所述电解槽产出的氢气通过氢气出气管出来直接进入使用车间，电解槽产出的氧气通过氧气平衡管一进入汽水分离器内，除去氧气中的水蒸气和水，除水后的氧气通过氧气平衡管二再进入圆筒和电解槽之间的腔体中，最后通过氧气出气管排出。
本发明的有益效果：
（1）本发明的这种水电解制氢电解装置及其方法采用自平衡密封原理，电解槽产出的氧气首先排入密封壳与电解槽之间的腔体内，利用产出的氧气形成自平衡效果，再由腔体经过密封端板排出至电解槽外部，该电解装置能对高压力的气体自平衡密封功能，当电解槽工作压力提高时，电解槽内部和外部的压力也随之提高，电解槽密封效果不受压力增压影响，由此可以满足工作压力>3.5MPa电解槽的密封要求。
（2）本发明的这种水电解制氢电解装置及其方法以自平衡结构和氧气作为平衡气体的方式解决了现有中压水电解制氢电解槽的密封技术不足的问题，可以适应和满足>3.5MPa工作压力下水电解制氢电解槽的密封，可以满足某些新兴化工产生的高压制氢直接供气的需求，降低高压储存和高压运输环节而产生的能耗和运行成本，相应创造了社会效益
（3）本发明的这种水电解制氢电解装置及其方法通过圆筒采用一体式焊接形成的圆筒结构，电解槽放置于密封圆筒内部，并用端板密封圆筒两端，只形成两个密封面，解决了原油设备密封面多，密封效果差的问题。由于密封的端板强度要高，所述端板采用高强度碳钢板，端板强度根据设计压力而定。
（4）本发明的这种水电解制氢电解装置及其方法通过在圆筒两端都焊有法兰，法兰与端板密封连接，通过传统的法兰密封即可完成，密封效果可达到10mpa以上。
（5）本发明的这种水电解制氢电解装置及其方法通过在圆筒两端的法兰与端板之间设有密封垫，在圆筒两端与端板之间还通过拉杆拉紧，进一步增加密封效果。
（6）本发明的这种水电解制氢电解装置及其方法电解槽采用传统的中低压电解槽即可，电解槽采用螺杆拉紧密封，无需对电解槽进行复杂工艺的密封结构。电解槽上也设有多个密封垫密封，电解槽外部通过圆筒密封，这种自平衡密封结构使得电解槽上的密封垫不必采用过高的压紧力下服役，延长密封垫的使用寿命，同时也可以简化结构，还可以满足高压力水电解制氢电解槽的密封。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明水电解制氢电解装置的结构示意图。
附图标记说明：1、氧气出气管；2、氢气出气管；3、端板；4、圆筒；5、电解槽；6、氧气平衡管一；7、汽水分离器；8、氧气平衡管二。
具体实施方式
实施例1：
为了克服现有中压水电解制氢电解槽的密封技术不足的问题，本实施例提供了一种如图1所示的水电解制氢电解装置，包括电解槽5，所述电解槽5外部套有圆筒4，所述圆筒4与电解槽5之间的腔体内设有氧气出气管1，电解槽5上连接有氢气出气管2。
所述圆筒4两端分别连接有端板3，所述氧气出气管1和氢气出气管2都穿过端板3连接至圆筒4外部。
所述圆筒4外部设有汽水分离器7，所述汽水分离器7上连接有氧气平衡管一6和氧气平衡管二8，所述氧气平衡管一6穿过端板3与电解槽5连通，所述氧气平衡管二8穿过端板3与圆筒4与电解槽5之间的腔体连通，形成自平衡结构，以氧气作为平衡气体。
本发明提供的这种水电解制氢电解方法如下：
电解槽5产出的氢气通过氢气出气管2出来直接进入使用车间，电解槽5产出的氧气通过氧气平衡管一6进入汽水分离器7内，除去氧气中的水蒸气和水，除水后的氧气通过氧气平衡管二8再进入圆筒4和电解槽5之间的腔体中，最后通过氧气出气管1排出。
所述电解槽5采用传统的中低压电解槽即可，中压电解槽承受压力为1.6MPa～10MPa，低压电解槽承受压力为0.1MPa～1.6MPa，电解槽5采用螺杆拉紧密封，无需对电解槽5进行复杂工艺的密封结构，电解槽5上也设有多个密封垫密封，电解槽5外部通过圆筒密封，这种自平衡密封结构使得电解槽5上的密封垫不必采用过高的压紧力下服役，延长密封垫的使用寿命，同时也可以简化结构，还可以满足高压力水电解制氢电解槽的密封。
本发明的这种水电解制氢电解装置及其方法采用自平衡密封原理，电解槽产出的氧气首先排入密封壳与电解槽之间的腔体内，利用产出的氧气形成自平衡效果，再由腔体经过密封端板排出至电解槽外部，该电解装置能对高压力的气体自平衡密封功能，当电解槽工作压力提高时，电解槽内部和外部的压力也随之提高，电解槽密封效果不受压力增压影响，由此可以满足工作压力>3.5MPa电解槽的密封要求。
本发明的这种水电解制氢电解装置及其方法以自平衡结构和氧气作为平衡气体的方式解决了现有中压水电解制氢电解槽的密封技术不足的问题，可以适应和满足>3.5MPa工作压力下水电解制氢电解槽的密封，可以满足某些新兴化工产生的高压制氢直接供气的需求，降低高压储存和高压运输环节而产生的能耗和运行成本，相应创造了社会效益。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种如图1所示的水电解制氢电解装置，所述圆筒4采用一体式焊接形成的圆筒结构，电解槽放置于密封圆筒内部，并用端板密封圆筒两端，只形成两个密封面，解决了原油设备密封面多，密封效果差的问题。由于密封的端板强度要高，所述端板3采用高强度碳钢板，端板3强度根据设计压力而定。
所述圆筒4两端都焊有法兰，法兰与端板3密封连接，通过传统的法兰密封即可完成，密封效果可达到10mpa以上。
为了进一步增加密封效果，所述圆筒4两端的法兰与端板3之间设有密封垫，所述圆筒4两端与端板3之间还通过拉杆拉紧。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水电解制氢电解装置，包括电解槽（5），其特征在于：所述电解槽（5）外部套有圆筒（4），所述圆筒（4）与电解槽（5）之间的腔体内设有氧气出气管（1），电解槽（5）上连接有氢气出气管（2）。
2.如权利要求1所述的水电解制氢电解装置，其特征在于：所述圆筒（4）两端分别连接有端板（3），所述氧气出气管（1）和氢气出气管（2）都穿过端板（3）连接至圆筒（4）外部。
3.如权利要求1所述的水电解制氢电解装置，其特征在于：所述圆筒（4）外部设有汽水分离器（7），所述汽水分离器（7）上连接有氧气平衡管一（6）和氧气平衡管二（8），所述氧气平衡管一（6）穿过端板（3）与电解槽（5）连通，所述氧气平衡管二（8）穿过端板（3）与圆筒（4）与电解槽（5）之间的腔体连通。
4.如权利要求1所述的水电解制氢电解装置，其特征在于：所述圆筒（4）采用一体式焊接形成的圆筒结构。
5.如权利要求2所述的水电解制氢电解装置，其特征在于：所述圆筒（4）两端都焊有法兰，法兰与端板（3）密封连接。
6.如权利要求5所述的水电解制氢电解装置，其特征在于：所述圆筒（4）两端的法兰与端板（3）之间设有密封垫。
7.如权利要求2所述的水电解制氢电解装置，其特征在于：所述圆筒（4）两端与端板（3）之间还通过拉杆拉紧。
8.一种水电解制氢电解方法，其特征在于：所述电解槽（5）产出的氢气通过氢气出气管（2）出来直接进入使用车间，电解槽（5）产出的氧气通过氧气平衡管一（6）进入汽水分离器（7）内，除去氧气中的水蒸气和水，除水后的氧气通过氧气平衡管二（8）再进入圆筒（4）和电解槽（5）之间的腔体中，最后通过氧气出气管（1）排出。
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