CN115074765A - 组合式碱液罐及带该组合式碱液罐的碱水电解制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种组合式碱液罐及带该组合式碱液罐的碱水电解制氢系统，所述组合式碱液罐包括串联的大尺寸碱液罐和小尺寸碱液罐；所述大尺寸碱液罐和小尺寸碱液罐内部设有加热装置。与现有技术相比，本发明设计的组合式碱液罐显著提升了碱水电解制氢系统的冷启动效率。
Description
技术领域
本发明涉及碱水电解制技术领域，尤其是涉及一种组合式碱液罐及带该组合式碱液罐的碱水电解制氢系统。
背景技术
围绕国家“碳达峰，碳中和”的目标，开展氢能技术研究符合国家重大战略需求。电解水制氢是目前最常用的制氢技术之一，其中碱水电解制氢技术相对成熟，已经实现了商业化，随着市场需求的增加，碱水电解槽的尺寸和产能不断增大，未来单台套的电解槽直径将超过2m，产能超过3000Nm3/h。
为了实现与光伏和风电的高效耦合，电解槽逐渐形成并联组合式碱水电解系统，从系统层面提升其波动适应性。但是，碱水电解制氢系统目前仍然面临着冷启动慢、启动时间长等问题，提升碱水电解制氢系统的冷启动效率是碱水电解系统面临的主要挑战之一。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的碱水电解制氢系统冷启动慢、启动时间长的缺陷而提供了一种组合式碱液罐及带该组合式碱液罐的碱水电解制氢系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
根据本发明的第一方面，提供了一种组合式碱液罐，用于为碱水电解制氢系统存储碱液，所述系统包括串联的大尺寸碱液罐和小尺寸碱液罐；所述大尺寸碱液罐和小尺寸碱液罐内部设有加热装置。
所述大尺寸碱液罐和小尺寸碱液罐的容量比例至少为5：1。
优选地，所述加热装置为电加热装置。
优选地，所述小尺寸碱液罐的外部设有绝热层。
根据本发明的第二方面，提供了一种组合式碱水电解制氢系统，包括组合式电解槽、碱液循环装置、气液分离装置以及气体纯化装置，所述碱液循环装置包括依次连接的气体分离器、上述的组合式碱液罐、循环泵、冷却器、加热器和过滤器；
所述组合式电解槽出来的两路电解液经过所述碱液循环装置中的气体分离器后，汇合至组合式碱液罐，再依次经过循环泵、冷却器、加热器和过滤器，循环并入组合式电解槽中；
所述组合式电解槽分解制得的气体通过所述气体分离器接入气液分离装置后，连接至所述气体纯化装置。
优选地，所述组合式电解槽包括多个串联或并联的电解槽。
优选地，所述气体分离器包括氢气侧分离器和氧气侧分离器。
优选地，所述气液分离装置包括两路分离装置，分别包括：
氢气侧分离器、氢气侧换热器和氢气侧背压阀，接入氢气纯化装置；
氧气侧分离器、氧气侧换热器和氧气侧背压阀，接入氧气纯化装置。
优选地，所述氢气侧背压阀和氧气侧背压阀为隔膜背压阀。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明设计的组合式碱液罐利用大小两个尺寸的碱液罐，通过小尺寸碱液罐能够有效减少短时间内加热的碱液量，能够快速加热部分碱液，使其达到电解所需的温度条件，提升电解制氢系统的冷启动速率；
2)本发明设计的组合式碱液罐的内部均设置有加热装置，能够在启动阶段同时提升碱液温度，提升电解制氢系统的冷启动效率；
3)本发明设计的组合式碱液罐小尺寸碱液罐的外部设置绝热层，能够减少碱液罐辐射导致热量损失，提升电解制氢系统的冷启动效率；
4)本发明设计的基于组合式碱液罐的组合式碱水电解制氢系统，有效的解决了冷启动慢、启动时间长等问题，提升冷启动效率。
附图说明
图1为本发明的基于组合式碱液罐的碱水电解制氢系统结构示意图；
图2为单碱液罐和组合式碱液罐的冷启动效率对比示意图；
其中，1-组合式电解槽，2-碱液循环装置，21-气体分离器，22-组合式碱液罐，3-气液分离装置，4-气体纯化装置。
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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本实施例给出了一种组合式碱液罐及带该组合式碱液罐的碱水电解制氢系统，所述系统包括组合式电解槽1、碱液循环装置2、气液分离装置3以及气体纯化装置4；
所述碱液循环装置包括依次连接的气体分离器21、组合式碱液罐22、循环泵、冷却器、加热器和过滤器；所述组合式电解槽1出来的两路电解液经过所述碱液循环装置2中的气体分离器21后，汇合至组合式碱液罐22，再依次经过循环泵、冷却器、加热器和过滤器，循环并入组合式电解槽1中；所述组合式电解槽1分解制得的气体通过所述气体分离器21接入气液分离装置3后，连接至所述气体纯化装置4。
其中，本实施例的组合式碱液罐22由50m3和10m3大小两个尺寸的碱液罐串联而成，主要用于储存电解所需的碱液，与现有的电解系统采用单一或不采用碱液罐，串联碱液罐的组合式碱液罐分别承担不同的作用。大尺寸碱液罐主要储存碱液，能够提供电解循环过程所需的碱液量；小尺寸碱液罐中储存的少量碱液主要用于碱水电解的快速冷启动。由于小尺寸碱液罐中的碱液量相对较少，升温快，能够在短时间内达到电解反应所需的温度，启动电解系统，同时为大尺寸碱液罐内碱液升温提供了时间，因此能够实现碱水电解制氢系统的快速冷启动。
组合式碱液罐22内部设有电加热装置，最大加热功率为100kW，能够给电解制氢系统提供热源，快速加热碱液，这对于碱液制氢系统的冷启动也至关重要。
此外，小尺寸碱液罐外部增加绝热层，绝热层的使用能够减少碱液罐对外辐射放热，有效加快碱液罐内部碱液升温速率。
组合式电解槽由多个相同或不同产氢能力的电解槽通过串联或并联的形式组合而成，本实施例采用5个不同产氢能力的电解槽并联而成，产氢能力分别为1000Nm3/h，800Nm3/h，600Nm3/h，400Nm3/h，200Nm3/h，电解槽流出的气体混合液并流进入氢气侧分离器或氧气侧分离器。
所述气液分离装置3包括两路分离装置，分别包括：
氢气侧分离器、氢气侧换热器和氢气侧背压阀，接入氢气纯化装置；
氧气侧分离器、氧气侧换热器和氧气侧背压阀，接入氧气纯化装置。
所述氢气侧背压阀和氧气侧背压阀为隔膜背压阀。
结合图2可知，通过组合式串联碱液罐，电解制氢系统的冷启动效率显著提升，10min内碱水电解制氢系统开始产氢，与单碱液罐相比加快了30min，30min内电解制氢系统的产氢效率达到额定产氢效率，显著优于单碱液罐。因为通过组合式串联碱液罐设计，电解罐内部加热装置设计和碱液罐外部绝热层设计，显著提升了碱水电解制氢系统的冷启动效率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种组合式碱液罐，用于为碱水电解制氢系统存储碱液，其特征在于，所述碱液罐包括串联的大尺寸碱液罐和小尺寸碱液罐；所述大尺寸碱液罐和小尺寸碱液罐内部设有加热装置。
2.根据权利要求1所述的一种组合式碱液罐，其特征在于，所述大尺寸碱液罐和小尺寸碱液罐的容量比例至少为5：1。
3.根据权利要求1所述的一种组合式碱液罐，其特征在于，所述加热装置为电加热装置。
4.根据权利要求1所述的一种组合式碱液罐，其特征在于，所述小尺寸碱液罐的外部设有绝热层。
5.一种碱水电解制氢系统，包括组合式电解槽(1)、碱液循环装置(2)、气液分离装置(3)以及气体纯化装置(4)，其特征在于，所述碱液循环装置(2)包括依次连接的气体分离器(21)、权利要求1-4任一项所述的组合式碱液罐(22)、循环泵、冷却器、加热器和过滤器；
所述组合式电解槽(1)出来的两路电解液经过所述碱液循环装置(2)中的气体分离器(21)后，汇合至组合式碱液罐(22)，再依次经过循环泵、冷却器、加热器和过滤器，循环并入组合式电解槽中；
所述组合式电解槽(1)分解制得的气体通过所述气体分离器(21)接入气液分离装置(3)后，连接至所述气体纯化装置(4)。
6.根据权利要求5所述的碱水电解制氢系统，其特征在于，所述组合式电解槽(1)包括多个串联或并联的电解槽。
7.根据权利要求5所述的碱水电解制氢系统，其特征在于，所述气体分离器(21)包括氢气测分离器和氧气测分离器。
8.根据权利要求5所述的碱水电解制氢系统，其特征在于，所述气液分离装置(3)包括两路分离装置，分别包括：
氢气侧分离器、氢气侧换热器和氢气侧背压阀，接入氢气纯化装置；
氧气侧分离器、氧气侧换热器和氧气侧背压阀，接入氧气纯化装置。
9.根据权利要求8所述的碱水电解制氢系统，其特征在于，所述氢气侧背压阀和氧气侧背压阀为隔膜背压阀。
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