CN112376071A - 一种电解水制氢加氢一体化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电解水制氢加氢一体化系统，解决现有的加氢无法制氢和不能同时满足不同加氢压力的需求。本发明包括制氢发生器，与制氢发生器连接的纯水制取装置、电解液储存箱和换热器，与换热器连接的第一气液分离器和第二气液分离器，与第二气液分离器连接的缓存罐，与缓存罐连接的一级高压储气罐，与一级高压储气罐连接的二级高压储气罐，与一级高压储气罐和二级高压储气罐连接的加氢机，缓存罐与一级高压储气罐之间设有一级压缩机，一级高压储气罐和二级高压储气罐之间设有二级压缩机。本发明通过电解液的循环使用，增强了制氢效率，设置多级高压储气罐，实现了制氢加氢一体化，节约了成本与资源。

Description

一种电解水制氢加氢一体化系统
技术领域
本发明属于制氢加氢系统技术领域，具体涉及一种电解水制氢加氢一体化系统。
背景技术
氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的，不像煤炭、石油、天然气、水能等在自然界现成存在的能源一次能源，同时氢能作为清洁能源，已被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。用氢作为汽车燃料，环保无污染，同时氢能可保证汽车在低温下发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。
目前世界各地均建有为汽车提供氢能燃料的加氢机，而大多数加氢机无制氢功能，主要由站外长管拖车供氢为主，经由压缩机增压后储存至站内的高压储罐中，之后再通过加氢机为车辆加氢。除了拖车运输，管道运输也是选择之一，可长距离运输大量氢气，而管道建设受到的限制也非常多。特别的，拖车和管道运输的成本非常昂贵，增加了氢气成本，同时运输氢气有限，无法保证日渐增长加氢的需求。电解水制氢是在直流电的作用下，通过电化学过程将水分子解离为氢气与氧气，通过水电解方式获得的氢气纯度较高，可达99.9％以上，可直接应用于对氢气纯度要求较高的行业，且电解水制氢相较于其他方式制氢，更加环保、简单，同时可实现全自动化操作。
因此，本发明提供了一种电解水制氢加氢一体化系统，解决现有的加氢无法制氢和不能同时满足不同加氢压力的需求，通过电解液的循环使用，增强了制氢效率，同时设置多级高压储气罐，实现了制氢加氢一体化，节约了成本与资源。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种电解水制氢加氢一体化系统，解决现有的加氢机站内无制氢能力和不能同时满足不同加氢压力的需求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种电解水制氢加氢一体化系统，包括制氢发生器，与制氢发生器连接的纯水制取装置、电解液储存箱和换热器，与换热器连接的第一气液分离器和第二气液分离器，与第二气液分离器连接的缓存罐，与缓存罐连接的一级高压储气罐，与一级高压储气罐连接的二级高压储气罐，与一级高压储气罐和二级高压储气罐连接的加氢机，缓存罐与一级高压储气罐之间设有一级压缩机，一级高压储气罐和二级高压储气罐之间设有二级压缩机。
进一步地，纯水制取装置包括纯水仪，从纯水仪接出的纯水储存箱，纯水储存箱接入至制氢发生器，纯水储存箱与制氢发生器之间设有第一水泵。
进一步地，电解液储存箱和制氢发生器之间设有第二水泵。
进一步地，电解液储存箱设有与制氢发生器相连的出液口、分别与第一气液分离器和第二气液分离器相连的碱液回流入口。
进一步地，第一气液分离器设有与碱液回流入口相连接的第一碱液出口、以及与外界连通的氧气出口。
进一步地，第二气液分离器设有与碱液回流入口相连接的第二碱液出口、以及与缓存罐相连的氢气出口。
进一步地，缓存罐设有第一压力表、与第二气液分离器相连的缓存罐进气口、以及与一级高压储气罐相连的缓存罐出气口，缓存罐进气口和缓存罐出气口分别设有第一阀门和第二阀门。
进一步地，一级高压储气罐设有第二压力表、与储存罐相连的一级进气口、与二级高压储气罐相连的一级出气口、以及与加氢机相连的一级输气口，一级进气口、一级出气口和一级输气口分别设有第三阀门、第四阀门和第五阀门。
进一步地，二级高压储气罐设有第三压力表、与一级高压储气罐的二级进气口、以及与加氢机相连的二级输气口，二级进气口和二级输气口分别设有第六阀门和第七阀门。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，解决了现有的加氢机站内无制氢能力和不能同时满足不同加氢压力的需求，通过电解液的循环使用，增强了制氢效率，同时设置多级高压储气罐，实现了制氢加氢一体化，节约了成本与资源。
本发明包括制氢装置、纯水制取装置、电解液储存装置和储气系统，由外界输水管供水，由纯水制取系统获得纯水，同时加入电解液加强水的电解，电解后的高温的氢氧混合气体和碱液蒸汽进入换热器冷却，冷却后的氧气及碱液、氢气及碱液分别进入第一气液分离器和第二气液分离器，借助重力作用分离，碱液由气液分离器的碱液出口通过回流管回流至电解液储存装置中，循环使用，同时分离后的氧气直接由氧气出口排入大气，而氢气则进入储气系统；分离完成的氢气先存储于缓存罐内，经一级压缩机的压缩后储存于一级高压储气罐内，一级压缩的氢气还可经二级压缩机的压缩成为压力更高的氢气，储存于二级高压储气罐，加氢机对于不同压力需求的车载储氢瓶，从对应的高压储气罐中获取相对压力的氢气。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明缓存罐处放大图。
图3为本发明一级高压储气罐处放大图。
图4为本发明二级高压储气罐处放大图。
其中，附图标记对应的名称为：1-制氢发生器，2-电解液储存箱，3-换热器，4-第一气液分离器，5-第二气液分离器，6-缓存罐，7-一级高压储气罐，8-二级高压储气罐，9-加氢机，10-一级压缩机，11-二级压缩机，12-纯水仪，13-纯水储存箱，14-第一水泵，15-第二水泵，21-出液口，22-碱液回流入口，41-氧气出口，42第一碱液出口，51-氢气出口，52-第二碱液出口，61-缓存罐进口，62-缓存罐出口，63-第一压力表，611-第一阀门，621-第二阀门，71-一级进气口，72-一级出气口，73-一级输气口，74-第二压力表，711-第三阀门，721-第四阀门，731-第五阀门，74-第二压力表，81-二级进气口，82-二级输气口，83-第三压力表，811-第六阀门，821-第七阀门。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-4所示，本发明提供的一种电解水制氢加氢一体化系统，结构简单、设计科学合理，使用方便，解决现有的加氢机站内无制氢能力和不能同时满足不同加氢压力的需求，通过电解液的循环使用，增强了制氢效率，同时设置多级高压储气罐，实现了制氢加氢一体化，节约了成本与资源。。
本发明包括制氢发生器1，与制氢发生器1连接的纯水制取装置、电解液储存箱2和换热器3，与换热器3连接的第一气液分离器4和第二气液分离器5，与第二气液分离器5连接的缓存罐6，与缓存罐6连接的一级高压储气罐7，与一级高压储气罐7连接的二级高压储气罐8，与一级高压储气罐7和二级高压储气罐8连接的加氢机9，以上各单元均通过管道连接，缓存罐6与一级高压储气罐7之间设有一级压缩机10，一级高压储气罐7和二级高压储气罐8之间设有二级压缩机11。
本发明由纯水制取系统获得纯水，同时加入电解液加强水的电解，电解后的高温的氢氧混合气体和碱液蒸汽进入换热器3冷却，冷却后的氧气及碱液、氢气及碱液分别进入第一气液分离器4和第二气液分离器5，借助重力作用分离，碱液由气液分离器的碱液出口通过回流管回流至电解液储存装置中，循环使用，同时分离后的氧气直接由氧气出口41排入大气，而氢气则进入储气系统；分离完成的氢气先存储于缓存罐6内，经一级压缩机10的压缩后储存于一级高压储气罐7内，一级压缩的氢气还可经二级压缩机11的压缩成为压力更高的氢气，储存于二级高压储气罐8，加氢机9对于不同压力需求的车载储氢瓶，从对应的高压储气罐中获取相对压力的氢气。
本发明所述的纯水仪12为反渗透纯水仪，内设有反渗透膜组件，能去除99％以上的阴、阳离子、有机物和热源和微生物，纯水仪12能保证用于制氢用水的纯度，保证制氢的稳定运行。纯水仪12与纯水储存箱13相连，纯水储存箱13采用不锈钢材质，同时设于纯水储存箱13与制氢发生器1之间的第一水泵14看将纯水泵入制氢发生器1中，用于电解水制氢。
本发明所述的电解液为碱液，通常使用氢氧化钠或氢氧化钾，电解液浓度为25％～30％，将一定高浓度的电解液储存于电解液储存箱2内，电解液储存箱内2的出液口21设有碱液过滤网，过滤网选用80～100目的不锈钢丝网或镍丝网。制氢发生器1设有电解液浓度检测器，检测电解液浓度，当电解液浓度低于25％时，由第二水泵15从电解液储存箱2中泵入高浓度的电解液至制氢发生器1内。同时每3个月需定期检查电解液储存箱2的电解液，及时补充或更换。
本发明所述的换热器3为列管式换热器，管内通入冷却水，管间通入高温气体，并装有折流板增加换热效果，冷却水流向和气体流向采取对流，确保充分换热。
本发明所述的第一气液分离器4和第二气液分离器5采用重力沉降分离器，由于气体与液体的比重不同，液体与气体一起在气液分离器中流动时，液体受到的重力作用较大，产生一个向下的速度，气体流动方向不变，液体与气体在重力场中有分离的倾向，向下的液体附着在壁面上，汇聚在一起，通过排液口排出，实现气液的分离。第一气液分离器4用于氧气的分离，第二气液分离器5用于氢气的分离，氧气直接排入大气中，而氢气则进入储氢系统，分离出的电解液碱液则通过回流回流至电解液储存箱2内，实现循环使用。
本发明所述的用于储存氢气的缓存罐6、一级高压储气罐7和二级高压储气罐8均采用内胆为铝合金或高密度聚乙烯的全缠绕碳纤维复合材料储气罐，同时储气罐上还设有压力检测表、氢气泄露检测与报警系统，一级高压储气罐7最低工作压力大于或等于45MPa，二级高压储气罐8最低工作压力大于或等于90MPa。
本发明用于35MPa车载储氢瓶的加氢需求，仅用一级压缩即可，所述的一级压缩机10为45MPa氢气压缩机；用于70MPa车载储氢瓶的加氢需求，分为一级压缩和二级压缩，经前述一级压缩机10压缩后再进行二级压缩，所述的二级压缩机11为85-90MPa氢气压缩机。一级压缩的氢气储存于一级高压储气罐7中，二级压缩的氢气储存于二级高压储气罐8中，一级高压储气罐7和二级高压储气罐8均与加氢机9相连，同时满足不同压力车载储氢瓶的加氢需求。
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；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；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种电解水制氢加氢一体化系统，其特征在于：包括制氢发生器(1)，与制氢发生器(1)连接的纯水制取装置、电解液储存箱(2)和换热器(3)，与换热器(3)连接的第一气液分离器(4)和第二气液分离器(5)，与第二气液分离器(5)连接的缓存罐(6)，与缓存罐(6)连接的一级高压储气罐(7)，与一级高压储气罐(7)连接的二级高压储气罐(8)，与一级高压储气罐(7)和二级高压储气罐(8)连接的加氢机(9)，缓存罐(6)与一级高压储气罐(7)之间设有一级压缩机(10)，一级高压储气罐(7)和二级高压储气罐(8)之间设有二级压缩机(11)。
2.根据权利要求1所述的一种电解水制氢加氢一体化系统，其特征在于：纯水制取装置包括纯水仪(12)，从纯水仪(12)接出的纯水储存箱(13)，纯水储存箱(13)接入至制氢发生器(1)，纯水储存箱(13)与制氢发生器(1)之间设有第一水泵(14)。
3.根据权利要求1所述的一种电解水制氢加氢一体化系统，其特征在于：电解液储存箱(2)和制氢发生器(1)之间设有第二水泵(15)。
4.根据权利要求1所述的一种电解水制氢加氢一体化系统，其特征在于：电解液储存箱(2)设有与制氢发生器(1)相连的出液口(21)、分别与第一气液分离器(4)和第二气液分离器(5)相连的碱液回流入口(22)。
5.根据权利要求4所述的一种电解水制氢加氢一体化系统，其特征在于：第一气液分离器(4)设有与碱液回流入口(22)相连接的第一碱液出口(42)、以及与外界连通的氧气出口(41)。
6.根据权利要求4所述的一种电解水制氢加氢一体化系统，其特征在于：第二气液分离器(5)设有与碱液回流入口(22)相连接的第二碱液出口(52)、以及与缓存罐(6)相连的氢气出口(51)。
7.根据权利要求1所述的一种电解水制氢加氢一体化系统，其特征在于：缓存罐(6)设有第一压力表(63)、与第二气液分离器(5)相连的缓存罐进气口(61)、以及与一级高压储气罐(7)相连的缓存罐出气口(62)，缓存罐进气口(61)和缓存罐出气口(62)分别设有第一阀门(611)和第二阀门(621)。
8.根据权利要求1所述的一种电解水制氢加氢一体化系统，其特征在于：一级高压储气罐(7)设有第二压力表(74)、与储存罐(6)相连的一级进气口(71)、与二级高压储气罐(8)相连的一级出气口(72)、以及与加氢机(9)相连的一级输气口(73)，一级进气口(71)、一级出气口(72)和一级输气口(73)分别设有第三阀门(711)、第四阀门(721)和第五阀门(731)。
9.根据权利要求1所述的一种电解水制氢加氢一体化系统，其特征在于：二级高压储气罐(8)设有第三压力表(83)、与一级高压储气罐(7)的二级进气口(81)、以及与加氢机(9)相连的二级输气口(82)，二级进气口(81)和二级输气口(82)分别设有第六阀门(811)和第七阀门(821)。
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