CN114411171A - 制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制氢系统，所述制氢系统包括箱体以及多个设备组，所述箱体包括第一箱体和第二箱体，所述第一箱体与所述第二箱体可拆卸连接，多个所述设备组分设在所述第一箱体和第二箱体内设备组，本发明所公开的制氢系统运输方便且能够满足大规模项目需求。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术领域，特别涉及一种制氢系统。
背景技术
现有的制氢系统一般都是框架方案，需要根据项目的具体要求配备不同的功能单元，同时，项目一般都会涉及到厂房兴建、土方作业、设备安装固定以及复杂现场管道和电缆的连接，这种模式建设一般布置零散，运输困难且占地面积较大，箱式制氢、后处理及纯化系统应运而生，然而，现有的箱式制氢系统难以在大规模的项目需求以及运输便捷度间达到平衡。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种制氢系统，旨在提高运输便捷度，并满足大规模项目需求。
为实现上述目的，本发明提出一种制氢系统，包括：箱体，所述箱体包括第一箱体和第二箱体，所述第一箱体与所述第二箱体可拆卸连接；
多个设备组，多个所述设备组分设在所述第一箱体和第二箱体内。
可选地，所述第一箱体和第二箱体沿竖直方向堆叠设置。
可选地，所述设备组包括多个子设备，多个所述子设备集中设于所述第一箱体或者第二箱体中；或者，多个所述子设备分散设于第一箱体和第二箱体中。
可选地，所述设备组为两组，分别为制氢设备组和后处理设备组或者分别为后处理设备组和纯化设组备组。
可选地，所述后处理设备组包括第一气体洗涤器、第二气体洗涤器、第一冷却器、第二冷却器、第一气水分离器与第二气水分离器；所述第一气体洗涤器、第二气体洗涤器、第一冷却器、第二冷却器、第一气水分离器与第二气水分离器设置于第一箱体内；所述第一气体洗涤器、第一冷却器与第一气水分离器通过管道依次相连通并呈一字依次间隔排布设置，所述第二气体洗涤器、第二冷却器与第二气水分离器通过管道依次相连通并呈一字依次间隔排布设置。
可选地，所述后处理设备组还包括第一气液分离器、第二气液分离器和碱液换热器；所述第一箱体堆叠于所述第二箱体上方，所述纯化设备组、第一气液分离器、第二气液分离器和碱液换热器设置于所述第二箱体内；所述第一气液分离器和第二气液分离器分别对应所述第一气体洗涤器和第二气体洗涤器的位置设置，并且分别与所述第一气体洗涤器和第二气体洗涤器通过管道相连通。
可选地，所述后处理设备组还包括第一气液分离器、第二气液分离器、碱液换热器和碱液循环泵；所述第一箱体堆叠于第二箱体上方，所述第一气液分离器、第二气液分离器、碱液换热器和碱液循环泵设置于所述第一箱体内，所述制氢设备组包括电解槽，所述电解槽设置于所述第二箱体内；其中，所述第一气液分离器沿重力方向对应所述第一气体洗涤器的位置设置于所述第一气体洗涤器的下方，所述第二气液分离器沿重力方向对应所述第二气体洗涤器的位置设置于所述第二气体洗涤器的下方，所述电解槽具有第一出气口、第二出气口和进液口，所述第一出气口、第二出气口和进液口通过管路分别与第一气液分离器、第二气液分离器和碱液换热器/碱液循环泵相连通。
可选地，所述碱液换热器与所述气液分离器相邻设置，所述碱液换热器具有管口，所述管口朝向所述气液分离器，并通过管道连通所述气液分离器。
可选地，所述纯化设备组包括脱氧塔、干燥塔、氢气再生冷却器和氢水分离器，所述干燥塔为多个，所述脱氧塔和多个所述干燥塔并排间隔设置；所述氢气再生冷却器为多个，所述氢水分离器为多个，多个所述氢气再生冷却器与多个所述氢水分离器并排且相互交错设置。
可选地，所述纯化设备组还包括氢气过滤器，所述氢气过滤器和所述干燥塔相连通。
可选地，所述后处理设备还包括纯水罐，所述纯水罐设置于所述第一箱体内，与所述第一气体洗涤器和第二气体洗涤器均相连通。
可选地，所述第二箱体沿水平方向具有第一容纳腔和第二容纳腔，所述第一气液分离器和第二气液分离器设置于所述第一容纳腔内，所述第一气体洗涤器、第二气体洗涤器、第一气体冷却器、第二气体冷却器、第一气水分离器和第二气水分离器对应所述第一容纳腔的位置设置于所述第一箱体内。
可选地，所述纯化设备组设于第二容纳腔。
可选地，所述箱体还包括第三箱体，所述设备组为三组，分别为制氢设备组、后处理设备组和纯化设组备组。
可选地，所述第一箱体、第二箱体和第三箱体沿竖直方向堆叠设置。
本发明所公开的制氢系统包括箱体以及多个设备组，所述箱体包括第一箱体和第二箱体，所述第一箱体与所述第二箱体可拆卸连接，多个所述设备组分设在所述第一箱体和第二箱体内设备组，本发明所公开的制氢系统运输方便且能够满足大规模项目需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的整体示意图；
图2为本发明一实施例中一箱体内部设备的摆放示意图；
图3为本发明一实施例中一箱体内部设备的摆放示意图；
图4为本发明一实施例的整体示意图；
图5为本发明一实施例中一箱体内部设备的摆放正视图；
图6为图5的摆放俯视图；
图7为本发明一实施例中一箱体内部示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
现有的制氢系统一般都是框架方案，根据项目的具体要求配备不同的功能单元，同时，项目一般都会涉及到厂房兴建、土方作业、设备安装固定以及复杂现场管道和电缆的连接，这种模式建设一般布置零散，运输困难且占地面积较大，对于现在较多的光伏、风电等较偏僻的新能源现场，适用性较差。
本发明提出一种制氢系统，主要应用于碱性水电解制氢系统，所提出的制氢系统包括箱体以及多个设备组，箱体包括第一箱体50和第二箱体130，第一箱体50与第二箱体130可拆卸连接，多个设备组分设在第一箱体50和第二箱体130内，大大提高了制氢系统中各设备的集成度，除能够进行整体运输外还能够分别运输，在某些应用场景下，需要较大规模的制氢系统，而大规模的制氢系统，势必意味着大体积的箱体，当箱体体积过大时，整箱是不便于运输或是难以运输的，为保证运输，现有的集成式气体处理设备从规模上少有能够达到一千标方的，而本发明对箱体进行了拆分，可对拆分后的子箱体进行分别运输，既能满足运输需求，亦能满足大规模项目需求。此外，第一箱体50和第二箱体130抵达现场后，只需进行简单的管道连接以及电缆连接即可进行调试，省去了复杂的现场施工量，避免兴建厂房和复杂的土建设计和土方作业，进一步地，可缩短项目建设周期、快速实现项目交付。
在一实施例中，设备组包括多个子设备，多个子设备集中设于第一箱体50或者第二箱体130中；或者，多个子设备分散设于第一箱体50和第二箱体130中。
实施例1：设备组为两组，分别为后处理设备组和纯化设组备组。
在本实施例中，参考图1至图3，第一箱体50和第二箱体130沿竖直方向上下堆叠布置，第一箱体50设置在第二箱体130的上方；第二箱体130沿水平方向具有第一容纳腔和第二容纳腔，需要说明的是，此处将第二箱体130分为第一容纳腔和第二容纳腔的目的在于对箱内各设备的分布位置进行更为形象地阐述，第一容纳腔和第二容纳腔可以是一个腔体，亦可以是有隔断的两个腔体，当然此处所述的“第一”、“第二”也并非指数量，还可以细分为第三容纳腔、第四容纳腔……。后处理设备组包括气液分离器、气体洗涤器、气体冷却器和气水分离器；气液分离器设置于第二箱体130内的第一容腔中，气体洗涤器、气体冷却器和气水分离器对应第一容纳腔的位置设置于第一箱体50内，也即当第一箱体50和第二箱体130上下堆叠时，气体洗涤器、气体冷却器和气水分离器位于气液分离器的上方；其中，气液分离器与气体洗涤器通过管道进行连通，气体洗涤器、气体冷却器和气水分离器依次相连通并间隔排布设置。
在本实施例中，具体地，气液分离器包括第一气液分离器60-1和第二气液分离器60-2，气体洗涤器包括第一气体洗涤器30-1和第二气体洗涤器30-2，气体冷却器包括第一冷却器20-1和第二冷却器20-2，气水分离器包括第一气水分离器10-1和第二气水分离器10-2；第一气液分离器60-1与第一气体洗涤器30-1相连通，第一气体洗涤器30-1、第一冷却器20-1与第一气水分离器10-1依次相连通并呈一字依次间隔排布设置；第二气液分离器60-2与第二气体洗涤器30-2相连通，第二气体洗涤器30-2、第二冷却器20-2与第二气水分离器10-2依次相连通并呈一字依次间隔排布设置；其中，第一气液分离器60-1与第一气体洗涤器30-1对应设置，第二气液分离器60-2与第二气体洗涤器30-2对应设置，第一气体洗涤器30-1、第一冷却器20-1和第一气水分离器10-1分别与第二气体洗涤器30-2、第二冷却器20-2和第二气水分离器10-2沿同一条对称轴对称设置。
在本实施例中，设备组还包括纯水罐40，纯水罐40设置于第一箱体50内，与气体洗涤器相连通，具体地，与第一气体洗涤器30-1和第二气体洗涤器30-2相连通。
设备组的工作流程：纯水于电解槽内被电解后生成氢气及氧气，此时所生成的氢气及氧气会携带其他杂质，如碱液、水分、颗粒等，将氢气混合物及氧气混合物分别通入第一气液分离器60-1和第二气液分离器60-2中，进行气(氢气、氧气)液(碱液)两相的分离，分离后的氢气及氧气仍可能带有一些颗粒、碱液碱滴等，因此需要对其进行再处理，此时将氢气混合物及氧气混合物分别通入到第一箱体50中的第一气体洗涤器30-1和第二气体洗涤器30-2中，把碱液碱滴、微粒洗掉，气体洗涤器中为纯水，由纯水罐40对其进行供应，由于气体洗涤器兼有补充纯水的作用，纯水通过洗涤器靠重力作用进入到气液分离器60，因此气体洗涤器在布置上需要高于气液分离器60，从气体洗涤器出来后的气体会携带微量的水分，此时氢气由第一气体洗涤器30-1进入第一冷却器20-1，氧气由第二气体洗涤器30-2进入第二冷却器20-2，由气体冷却器对其进行冷却，将气水凝结成液滴，而后氢气及氧气分别进入第一气水分离器10-1和第二气水分离器10-2，于气水分离器内将液滴捕捉，此时，从气水分离器中出来的便是较为干净的氢气和氧气了，将氧气排入大气中，对氢气继续进行进一步纯化处理。
自第一气水分离器10-1出来的氢气仍可能掺杂着氧气及微量的水分，将其通入纯化设备组中，纯化设备组中的各设备相互配合，对其进行进一步地纯化。
其中，碱液换热器120与气液分离器相邻设置，碱液换热器120具有管口，管口朝向气液分离器，并通过管道连通气液分离器。
纯化设备组设于第二箱体130内的第二容纳腔中，纯化设备组包括脱氧塔100、干燥塔90、氢气再生冷却器110、氢水分离器80、和氢气过滤器70；其中，干燥塔90为多个，脱氧塔100和多个干燥塔90并排间隔设置，具体地，干燥塔90为三个，脱氧塔100为一个；氢气再生冷却器110为多个，氢水分离器80为多个，具体地，氢气再生冷却器110为四个，氢水分离器80为四个，四个氢气再生冷却器110与四个氢水分离器80并排且相互交错设置，自设备组出来的氢气经由脱氧塔100、干燥塔90、氢气再生冷却器110和氢水分离器80进行纯化处理，最后通过氢气过滤器70排出。
在本实施例中，各设备的排布位置是结合气体后处理及纯化的步骤流程进行考虑的，合理的摆放方式能够减小各设备间的管道或电缆连接长度，充分利用箱内空间，简单举例而言：若氢气需要依次经过第一容器、第二容器和第三容器进行处理或纯化，或者氢气需要于第一容器、第二容器和第三容器中往复通过以达到一定的目的，那么将第一容器、第二容器和第三容器集中摆放于一起，并合理调整其管口位置能够有效减小箱体内各容器间管道的连接长度，使布局更加合理，空间的利用更为紧凑；以及，当某一液体需要自第一容器流经第二容器时，第一容器的位置应当高于第二容器，如此液体能够通过重力自然下流至第二容器中，能够充分利用有限空间以及自然优势，此时若第二容器位置高于第一位置，液体需要自下而上进行运动，则需要额外增设驱动装置，占用有限空间。结合该例子以及以上所述的制氢系统中后处理及纯化部分的工作流程能够充分理解本实施例中各设备的摆放位置。
此外，在本实施例中，将第一箱体50和第二箱体130进行上下堆叠，能够大大缩减项目的场地占用面积，多个箱体集成制氢，充分利用了制氢工艺的流程优势和结构位置进行布置。
实施例2：设备组为两组，分别为制氢设备组和后处理设备组。
在本实施例中，参考图4至图7，第一箱体50和第二箱体130上下堆叠设置，第一箱体50设置在第二箱体130上方，在本实施例中，后处理设备组中的第一气体洗涤器30-1、第二气体洗涤器30-2、第一冷却器20-1、第二冷却器20-2、第一气水分离器10-1、第二气水分离器10-2及纯水罐40的连接方式与摆放位置均与实施例1中的一致，即放置于第二箱体130内，区别在于本实施例将第一气液分离器60-1和第二气液分离器60-2设置于第一箱体50内，与气体洗涤器、冷却器和气水分离器位于同一个箱体；第一气液分离器60-1沿重力方向对应第一气体洗涤器30-1的位置设置于第一气体洗涤器30-1的下方，第二气液分离器60-2沿重力方向对应第二气体洗涤器30-2的位置设置于第二气体洗涤器30-2的下方，可以通过采用于第一箱体50内设置支架的方式，使气液分离器和气体洗涤器能够在同一箱体内上下排布摆放；后处理设备组还包括碱液换热器120(图6中未示出)和碱液循环泵150，碱液换热器120与气液分离器相邻设置，碱液换热器120具有管口，其管口朝向气液分离器，并通过管道连通气液分离器及其他的设备，用于给整个碱液循环提供动力。
制氢设备组包括电解槽140，电解槽140用于发生反应生成氢气及氧气，所生成的氢气及氧气通至后处理设备组中，对氢气及氧气进行进一步处理，氢气及氧气与后处理设备组中的工作反应流程如上所述。电解槽140设置于第二箱体130内，第二箱体130的大小可根据电解槽140的大小设计成标准集装箱或者非标集装箱，电解槽140上部出口分为氢气出口(第一出气口)和氧气出口(第二出气口)，分别从第二箱体130靠近第一箱体50的侧边引出，再从第一箱体50靠近第二箱体130的同一侧侧边进口接入，通过管路分别与氢气气液分离器(第一气液分离器60-1)和氧气气液分离器(第二气液分离器60-2)连通，电解槽140还具有进液口，进液口和碱液换热器120或碱液循环泵150通过管路相连通。其中，连接管路既可以放置于箱体外的，也可以放置在箱内的。
在一实施例中，箱体还包括第三箱体，设备组为三组，分别为制氢设备组、后处理设备组和纯化设组备组，可选地，第一箱体50、第二箱体130和第三箱体沿竖直方向堆叠设置；在本实施例中，制氢设备组、后处理设备组和纯化设组备组中的各子设备分设于所述三个箱体内，如：后处理设备组参考实施例1设置，制氢设备组设置于第三箱体内，第一箱体50、第二箱体130和第三箱体沿竖直方向依次堆叠，第三箱体置于最下层；当然也可以是别的设置方式。
需要说明的是，实施例1和实施例2仅为本发明众多实施例中的两种具体实施例，第一箱体50和第二箱体130除可以在竖直方向上进行上下布置外还可以是在水平方向上进行左右布置；根据实际应用需要，箱内设备组中的各子设备也是可以作调整的，如减少或添设某些设备，并且对各子设备的摆放位置不作限定，但所摆放的位置应当是合理的，便于工作进行的，或是带来一定好处的，如节省设备间连接管道、电缆的距离等；并且，对各设备的数量亦不作限定，如脱氧塔100的数量可以为多个，干燥塔90的数量可以为三个也可以为四个、五个等，设备的数量可根据实际需要增加或减少。
本发明采用集装箱式结构，调整各设备摆放位置，对工艺流程进行优化，并且采用双层可拆卸式结构，解决了运输过程中的超高问题，且设备在运输过程中仅需拆除上下两层之间的连接管道，避免了管道和容器的反复拆装，可有效的节约设备安装时间，提高效率；同时，可对拆分后的子箱体进行分别运输，既能满足运输需求，亦能满足大规模项目需求。
需要说明的是，制氢系统包括但不仅限于PEM制氢系统、AE制氢系统或者是SOEC制氢系统。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本使用新型的专利保护范围内。
Claims (15)
1.一种制氢系统，其特征在于，包括：
箱体，所述箱体包括第一箱体和第二箱体，所述第一箱体与所述第二箱体可拆卸连接；
多个设备组，多个所述设备组分设在所述第一箱体和第二箱体内。
2.如权利要求1所述的制氢系统，其特征在于，所述第一箱体和第二箱体沿竖直方向堆叠设置。
3.如权利要求2所述的制氢系统，其特征在于，所述设备组包括多个子设备，多个所述子设备集中设于所述第一箱体或者第二箱体中；或者，多个所述子设备分散设于第一箱体和第二箱体中。
4.如权利要求3所述的制氢系统，其特征在于，所述设备组为两组，分别为制氢设备组和后处理设备组或者分别为后处理设备组和纯化设组备组。
5.如权利要求4所述的制氢系统，其特征在于，所述后处理设备组包括第一气体洗涤器、第二气体洗涤器、第一冷却器、第二冷却器、第一气水分离器与第二气水分离器；所述第一气体洗涤器、第二气体洗涤器、第一冷却器、第二冷却器、第一气水分离器与第二气水分离器设置于第一箱体内；所述第一气体洗涤器、第一冷却器与第一气水分离器通过管道依次相连通并呈一字依次间隔排布设置，所述第二气体洗涤器、第二冷却器与第二气水分离器通过管道依次相连通并呈一字依次间隔排布设置。
6.如权利要求5所述的制氢系统，其特征在于，所述后处理设备组还包括第一气液分离器、第二气液分离器和碱液换热器；所述第一箱体堆叠于所述第二箱体上方，所述纯化设备组、第一气液分离器、第二气液分离器和碱液换热器设置于所述第二箱体内；所述第一气液分离器和第二气液分离器分别对应所述第一气体洗涤器和第二气体洗涤器的位置设置，并且分别与所述第一气体洗涤器和第二气体洗涤器通过管道相连通。
7.如权利要求5所述的制氢系统，其特征在于，所述后处理设备组还包括第一气液分离器、第二气液分离器、碱液换热器和碱液循环泵；所述第一箱体堆叠于第二箱体上方，所述第一气液分离器、第二气液分离器、碱液换热器和碱液循环泵设置于所述第一箱体内，所述制氢设备组包括电解槽，所述电解槽设置于所述第二箱体内；其中，所述第一气液分离器沿重力方向对应所述第一气体洗涤器的位置设置于所述第一气体洗涤器的下方，所述第二气液分离器沿重力方向对应所述第二气体洗涤器的位置设置于所述第二气体洗涤器的下方，所述电解槽具有第一出气口、第二出气口和进液口，所述第一出气口、第二出气口和进液口通过管路分别与第一气液分离器、第二气液分离器和碱液换热器/碱液循环泵相连通。
8.如权利要求6或7所述的制氢系统，其特征在于，所述碱液换热器与所述气液分离器相邻设置，所述碱液换热器具有管口，所述管口朝向所述气液分离器，并通过管道连通所述气液分离器。
9.如权利要求6所述的制氢系统，其特征在于，所述纯化设备组包括脱氧塔、干燥塔、氢气再生冷却器和氢水分离器，所述干燥塔为多个，所述脱氧塔和多个所述干燥塔并排间隔设置；所述氢气再生冷却器为多个，所述氢水分离器为多个，多个所述氢气再生冷却器与多个所述氢水分离器并排且相互交错设置。
10.如权利要求9所述的制氢系统，其特征在于，所述纯化设备组还包括氢气过滤器，所述氢气过滤器和所述干燥塔相连通。
11.如权利要求6或7所述的制氢系统，其特征在于，所述后处理设备还包括纯水罐，所述纯水罐设置于所述第一箱体内，与所述第一气体洗涤器和第二气体洗涤器均相连通。
12.如权利要求6所述的制氢系统，其特征在于，所述第二箱体沿水平方向具有第一容纳腔和第二容纳腔，所述第一气液分离器和第二气液分离器设置于所述第一容纳腔内，所述第一气体洗涤器、第二气体洗涤器、第一气体冷却器、第二气体冷却器、第一气水分离器和第二气水分离器对应所述第一容纳腔的位置设置于所述第一箱体内。
13.如权利要求12所述的制氢系统，其特征在于，所述纯化设备组设于第二容纳腔。
14.如权利要求3所述的制氢系统，其特征在于，所述箱体还包括第三箱体，所述设备组为三组，分别为制氢设备组、后处理设备组和纯化设组备组。
15.如权利要求14所述的制氢系统，其特征在于，所述第一箱体、第二箱体和第三箱体沿竖直方向堆叠设置。
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