CN114134518A - 一种氯碱制氢系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种氯碱制氢系统，包括电解槽、氢气洗涤塔和氯气洗涤塔，所述电解槽内通入NaCl溶液，所述电解槽的产氢口通过管路向所述氢气洗涤塔通入氢气，所述电解槽的产氯口通过管路向所述氯气洗涤塔通入氯气，还包括电网系统以及可再生能源发电系统，所述电网系统和所述可再生能源发电系统并联接入所述电解槽的电源输入端，通过使用可再生能源发电代替传统氯碱工业中的电能，可大大减少氯碱工业的碳足迹，电解槽在运行过程中，氢气洗涤塔的出水经过与氢气的换热作用温度升高，与少量碱液混合后进入电解槽，可以对氯碱工艺过程中产生的余热进行充分利用，有效减少电解槽补水升温所消耗的热量。

Description

一种氯碱制氢系统

技术领域

本申请涉及电解制氢技术领域，尤其涉及一种氯碱制氢系统。

背景技术

氯碱工业是最基本的化学工业之一，其在食品加工、建材、电力、军工和国防等行业均有重要应用，氯碱，即氯碱工业，也指使用饱和食盐水制氯气氢气烧碱的方法。工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业，但随着“碳达峰碳中和”目标的提出，现有的氯碱工业在实际发展过程中能耗较高，在能源方面面临巨大挑战。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种氯碱制氢系统，通过使用可再生能源发电代替传统氯碱工业中的电能，可大大减少氯碱工业的碳足迹，符合目前我国能源结构转型的总体目标，电解槽在运行过程中，氢气洗涤塔的出水经过与氢气的换热作用温度升高，与少量碱液混合后进入电解槽，可以对氯碱工艺过程中产生的余热进行充分利用，有效减少电解槽补水升温所消耗的热量，在氯碱工业化盐过程中，为了粗盐加快溶解速率，需将化盐用水进行加热，将氯气洗涤液作为化盐用水，利用余热代替加热化盐用水所需蒸汽，降低系统能耗，促进氯碱工业绿色可持续发展。

为达到上述目的，本申请提出的氯碱制氢系统，包括电解槽、氢气洗涤塔和氯气洗涤塔，所述电解槽内通入NaCl溶液，所述电解槽的产氢口通过管路向所述氢气洗涤塔通入氢气，所述电解槽的产氯口通过管路向所述氯气洗涤塔通入氯气，还包括电网系统以及可再生能源发电系统，所述电网系统和所述可再生能源发电系统并联接入所述电解槽的电源输入端，还包括化盐机构，所述氯气洗涤塔的出液口通过管路和化盐机构连接，所述氯气洗涤塔向所述化盐机构通入氯气洗涤液用以溶盐，所述化盐机构用于向电解槽供应盐水。

进一步地，所述氢气洗涤塔还通过管路和所述电解槽的进液口连接，所述氢气洗涤塔向所述电解槽内通入氢气洗涤液。

进一步地，还包括碱液换热器，所述碱液换热器外联水管用于通入冷却水，所述电解槽的出液口通过管路和所述碱液换热器连接，所述电解槽用于向所述碱液换热器通入碱液，所述碱液和所述冷却水进行换热。

进一步地，所述化盐机构包括相互连通的化盐桶和盐水精制设备，所述氯气洗涤塔的出液口通过管路和化盐桶连接，所述盐水精制设备的出液口通过管路和所述电解槽连接，所述化盐桶向所述盐水精制设备通入粗盐水，所述盐水精制用于对粗盐水进行精制以向所述电解槽通入过滤盐水。

进一步地，所述盐水精制设备包括用于一次盐水精制的虹吸式过滤器和用于二次盐水精制的碳素管式过滤器。

进一步地，所述碱液换热器通过管路和所述化盐桶的进液口连通以向所述化盐桶通入冷却水。

进一步地，所述电解槽的废液口通过管路和所述化盐桶连接以向所述化盐桶通入淡盐水。

进一步地，所述可再生能源发电系统包括风能发电系统、太阳能发电系统和水能发电系统中的至少一种。

进一步地，所述碱液换热器的碱液出口和所述电解槽的碱液出口通过管路共连于储液罐。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请一实施例提出的一种氯碱制氢系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1是本申请一实施例提出的一种氯碱制氢系统的结构示意图。

参见图1，一种氯碱制氢系统，包括电解槽1、氢气洗涤塔2和氯气洗涤塔3，所述电解槽1内通入NaCl溶液，所述电解槽1的产氢口通过管路向所述氢气洗涤塔2通入氢气，所述电解槽1的产氯口通过管路向所述氯气洗涤塔3通入氯气，还包括电网系统4以及可再生能源发电系统5，所述电网系统4和所述可再生能源发电系统5并联接入所述电解槽1的电源输入端，还包括化盐机构，所述氯气洗涤塔3的出液口通过管路和化盐机构连接，所述氯气洗涤塔3向所述化盐机构通入氯气洗涤液用以溶盐，所述化盐机构用于向电解槽供应盐水。

本实施例中，电解槽1的阳极侧产出氯气，电解槽1的阴极侧产出氢气，电解槽1的电源输入端与可再生能源发电厂的发电输出端相接，用于消纳可再生能源发电，当可再生能源发电不足以提供电解槽所需功率时，用网电进行补充，这样既保证了电解槽的安全生产，又能降低电能消耗过程中的碳产出。

其中，电解槽1产出的氯气经过氯气洗涤塔3的洗涤同时与氯气洗涤液换热，升温后的氯气洗涤液通入化盐机构用于溶盐，提高了热能的利用效果，降低系统能耗。在整个工艺过程中，对氯气洗涤用水进行回用，大大减少了废水排放，降低用水量。

一种氯碱制氢系统还包括脱盐水泵6，所述脱盐水泵6通过管路和所述氢气洗涤塔2连接，所述脱盐水泵6用于向所述氢气洗涤塔2泵入脱盐水。可以理解地，脱盐水泵外接脱盐水管路向氢气洗涤塔通入脱盐水，以对氢气洗涤塔内的氢气进行洗涤脱碱，保证氢气洗涤塔内的脱盐水充分供应，进行实现对通入氢气洗涤塔内的氢气充分洗涤。

所述氢气洗涤塔2还通过管路和所述电解槽1的进液口连接，所述氢气洗涤塔2向所述电解槽1内通入氢气洗涤液。氢气洗涤塔2内通入氢气与氢气洗涤液进行换热，换热升温后的氢气洗涤液与少量碱液混合后进入电解槽1，可以对氯碱工艺过程中产生的余热进行充分利用，有效减少电解槽补水升温所消耗的热量。产生的氢气经一系列纯化后作为产品进行出售。

一种氯碱制氢系统还包括碱液换热器7，所述碱液换热器7外联水管用于通入冷却水，所述电解槽1的出液口通过管路和所述碱液换热器7连接，所述电解槽1用于向所述碱液换热器7通入碱液，所述碱液和所述冷却水进行换热。在电解过程中，由于电解槽1内的碱液温度不断升高，需要将其通入碱液换热器与通入碱液换热器内的冷却水进行换热降温，然后回流至电解槽内，实现碱液的循环利用。其中，换热升温后的冷却水通入化盐桶内进行化盐，可以提高粗盐的溶解效率，无需对化盐用水额外进行加热，实现热能在系统内的循环利用，降低系统的整体能耗。

所述化盐机构包括相互连通的化盐桶8和盐水精制设备，所述氯气洗涤塔3的出液口通过管路和化盐桶8连接，所述盐水精制设备的出液口通过管路和所述电解槽1连接，所述化盐桶8向所述盐水精制设备通入粗盐水，所述盐水精制用于对粗盐水进行精制以向所述电解槽通入过滤盐水。原盐从盐仓输送加入到化盐桶，化盐桶内盐层高度保持在2.5m以上。所述碱液换热器通过管路和所述化盐桶的进液口连通以向所述化盐桶通入冷却水。所述电解槽的废液口通过管路和所述化盐桶连接以向所述化盐桶通入淡盐水。化盐用水来自电解槽内的淡盐水和碱液换热器内的加热冷却水以及氯气洗涤液，化盐用水和原盐逆流接触，原盐中带的草屑等杂质由化盐桶上方的铁栅除去。沉积于桶底的泥沙定期从出泥孔清除。为加快溶盐速度，化盐用水应加热到50-60℃。本实施例中，通过对氢气通入量的控制、冷却水流量的控制以及淡盐水流量的控制，保证通入化盐桶内的化盐水温度在50-60℃，以达到较佳地原盐溶解效率。在化盐桶内除了原盐溶解外，原盐中的镁离子和其他重金属离子还和化盐水中的NaOH反应，生成不溶性氢氧化物。为了确保盐水的浓度,盐水在桶内的停留时间应该不少于30分钟。

具体地，化盐桶为立式衬胶的钢制圆筒形设备，化盐桶的底部有菌状折流帽，其作用是使化盐水进入桶内分布均匀。上部有盐水溢流槽及铁栅。

所述盐水精制设备包括用于一次盐水精制的虹吸式过滤器9和用于二次盐水精制的碳素管式过滤器10。虹吸式过滤器9由过滤器本体、进水分配箱、水封槽及虹吸系统组成。虹吸系统是过滤自动进行的主要部件，过滤器的内部用中间隔板将过滤器分为滤料层及洗水贮槽两部分。虹吸式过滤器由于具有无人操作、节省动力和投资少等优点。

炭素管式过滤器10是由许多根烧结的炭素管组成，炭素管具有良好的耐腐蚀性，它由纯炭烧结而成。含碳量为99.93％，在管壁上分布有均匀的微孔。孔径100um孔径率为42％。

所述可再生能源发电系统包括风能发电系统、太阳能发电系统和水能发电系统中的至少一种。本实施例中，可再生能源发电系统可以是上述发电系统单一选择，也可以为上述发电系统的组合系统，主要是利用可再生能源，降低碳排放，本申请对此不作限制。优选地，本实施例中，选用风能发电系统，利用风能发电场产出的电能进行饱和NaCl溶液电解，可以充分对风能进行消纳。

所述碱液换热器7的碱液出口和所述电解槽1的碱液出口通过管路共连于储液罐。储液罐内储存的碱液经过后续浓缩纯化过程作为成品碱使用与销售。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种氯碱制氢系统，其特征在于，包括电解槽、氢气洗涤塔和氯气洗涤塔，所述电解槽内通入NaCl溶液，所述电解槽的产氢口通过管路向所述氢气洗涤塔通入氢气，所述电解槽的产氯口通过管路向所述氯气洗涤塔通入氯气，还包括电网系统以及可再生能源发电系统，所述电网系统和所述可再生能源发电系统并联接入所述电解槽的电源输入端，还包括化盐机构，所述氯气洗涤塔的出液口通过管路和化盐机构连接，所述氯气洗涤塔向所述化盐机构通入氯气洗涤液用以溶盐，所述化盐机构用于向电解槽供应盐水。

2.如权利要求1所述的氯碱制氢系统，其特征在于，还包括脱盐水泵，所述脱盐水泵通过管路和所述氢气洗涤塔连接，所述脱盐水泵用于向所述氢气洗涤塔泵入脱盐水。

3.如权利要求1所述的氯碱制氢系统，其特征在于，所述氢气洗涤塔还通过管路和所述电解槽的进液口连接，所述氢气洗涤塔向所述电解槽内通入氢气洗涤液。

4.如权利要求1所述的氯碱制氢系统，其特征在于，还包括碱液换热器，所述碱液换热器外联水管用于通入冷却水，所述电解槽的出液口通过管路和所述碱液换热器连接，所述电解槽用于向所述碱液换热器通入碱液，所述碱液和所述冷却水进行换热。

5.如权利要求1所述的氯碱制氢系统，其特征在于，所述化盐机构包括相互连通的化盐桶和盐水精制设备，所述氯气洗涤塔的出液口通过管路和化盐桶连接，所述盐水精制设备的出液口通过管路和所述电解槽连接，所述化盐桶向所述盐水精制设备通入粗盐水，所述盐水精制用于对粗盐水进行精制以向所述电解槽通入过滤盐水。

6.如权利要求5所述的氯碱制氢系统，其特征在于，所述盐水精制设备包括用于一次盐水精制的虹吸式过滤器和用于二次盐水精制的碳素管式过滤器。

7.如权利要求5所述的氯碱制氢系统，其特征在于，所述碱液换热器通过管路和所述化盐桶的进液口连通以向所述化盐桶通入冷却水。

8.如权利要求5所述的氯碱制氢系统，其特征在于，所述电解槽的废液口通过管路和所述化盐桶连接以向所述化盐桶通入淡盐水。

9.如权利要求1所述的氯碱制氢系统，其特征在于，所述可再生能源发电系统包括风能发电系统、太阳能发电系统和水能发电系统中的至少一种。

10.如权利要求4所述的氯碱制氢系统，其特征在于，所述碱液换热器的碱液出口和所述电解槽的碱液出口通过管路共连于储液罐。

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