CN115181997B - 一种用于制氢的气液分离器及制氢装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种用于制氢的气液分离器及制氢装置，气液分离器包括分离器本体、第一分离单元、第二分离单元、气液混合进口、出气口和出液口，气液混合进口、出气口和出液口设于分离器本体的外侧壁上，且与分离器本体的腔体连通，出气口设于分离器本体的上部，第一分离单元和第二分离单元设于腔体内；第一分离单元包括挡板，用于对从气液混合进口进入腔体内的气液混合物进行第一次分离；第二分离单元包括匀气孔板，匀气孔板与出气口相对，用于对气液混合物进行第二次分离，以使从出气口流出的气体中夹带的电解质雾气和/或碱沫大幅下降，减少补充电解质的次数，提高气液分离器的分离效率。分离后的气体进入洗涤器后，可减少向洗涤器内补水的频率。

Description

一种用于制氢的气液分离器及制氢装置

技术领域

本申请属于制氢设备技术领域，具体涉及一种用于制氢的气液分离器及制氢装置。

背景技术

目前，电解水制氢装置由于自身节能环保的优点被广泛应用。电解水制氢装置将纯水电解后需经过碱液将氢气和氧气分离。分离后的氢气和氧气由于自身携带大量碱液(可称为气液混合物)需要分别经过分离器进行气液分离，以输出氢气和氧气。

相关技术中，气液分离器内碱沫夹带量大，需要频繁补碱，影响气液分离器的分离效率；并且，气液分离器内碱沫夹带量越大，分离后的气体夹带的碱雾越多，气体进入洗涤器内的pH值上升越快，洗涤效果越差，为了降低洗涤器内的pH值，洗涤器需要频繁补水，但由于洗涤器的容积有限，频繁补水会使洗涤器内的液位上升，因此，需要定期排出洗涤液，增加洗涤器的负荷。

发明内容

本申请的目的是提供一种用于制氢的气液分离器及分离装置，用于解决相关技术中气液分离器的分离效率低及增加洗涤器的负荷的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请提供了一种用于制氢的气液分离器，其特征在于，包括：分离器本体、第一分离单元、第二分离单元、气液混合进口、出气口和出液口，所述气液混合进口、所述出气口和所述出液口均设置于所述分离器本体的外侧壁上，且均与所述分离器本体的腔体连通，所述出气口设置于所述分离器本体的上部，所述第一分离单元和所述第二分离单元设置于所述腔体内；

所述第一分离单元包括挡板，用于对从所述气液混合进口进入所述腔体内的气液混合物进行第一次分离；

所述第二分离单元包括匀气孔板，所述匀气孔板与所述出气口相对，用于对所述气液混合物进行第二次分离。

进一步地，所述气液分离器还包括：第三分离单元；

所述分离器本体的外侧壁在与所述出气口相对的位置设有出气管，所述第三分离单元设置于所述出气管内，用于对从所述出气口流出的气体进行第三次分离。

进一步地，所述气液混合进口的数目为至少一个，所述气液混合进口位于所述腔体内的液位以下或液位以上；

所述气液混合进口的轴线与水平线之间具有夹角，所述夹角的范围为 [30°，45°]。

进一步地，所述第一分离单元包括：第一挡板、第二挡板和两个侧向封板；

所述第一挡板和所述第二挡板沿竖直方向间隔设置以形成缝隙，所述第一挡板相对所述第二挡板靠近所述气液混合进口，所述第一挡板的部分位于所述腔体内液体的液位以上，所述第二挡板位于所述液位以上；

所述第二挡板的上端与所述分离器本体的内壁连接，每个所述侧向封板与所述内壁连接，且与所述第一挡板连接。

进一步地，所述第一挡板的上端位于所述第二挡板的上端与所述第二挡板的下端之间。

进一步地，所述第一分离单元还包括：液下孔板；

所述液下孔板位于所述第一挡板远离所述第二挡板的一侧，且位于所述液位以下，所述液下孔板与所述分离器本体的内壁连接。

进一步地，所述第一挡板、所述第二挡板、所述侧向封板和所述液下孔板为一体成型结构。

进一步地，所述第一挡板朝向所述气液混合进口的表面上设有加强筋；

所述加强筋的表面含有耐腐蚀材料。

进一步地，所述第一挡板的下端与所述液位之间的距离范围为[150mm， 200mm]；

所述第二挡板的上端与所述液位之间的距离大于150mm。

进一步地，所述第一挡板为平板结构；

所述第二挡板包括连接的竖直部和弯折部，所述竖直部与所述弯折部之间具有预设夹角，所述竖直部沿所述竖直方向设置，且相对所述弯折部靠近所述腔体的内壁，所述竖直部远离所述弯折部的一端与所述腔体的内壁连接。

进一步地，所述气液分离器还包括：双室平衡容器和压差变送器；

所述双室平衡容器的外层容室通过连接管与所述腔体连通，所述连接管位于所述腔体内液体的液位以上，所述双室平衡容器的内层容室通过连通管与所述腔体连通，所述连通管位于所述液位以下；

所述压差变送器与所述双室平衡容器连通。

进一步地，所述气液分离器还包括：稳定管；

所述稳定管沿竖直方向设置于所述腔体内；

所述连接管的部分和所述连通管的部分均伸入所述腔体内，且所述连接管位于所述腔体内的一端和所述连通管位于所述腔体内的一端分别与所述稳定管连通。

进一步地，所述气液分离器还包括：防涡流挡板；

所述防涡流挡板设于所述腔体内与所述出液口相对的位置；

所述防涡流挡板的投影形状为十字型。

进一步地，所述匀气孔板上设有多个通孔；

多个所述通孔均匀设置，或者，多个所述通孔按阵列排布，相邻两排或两列之间的所述通孔错位设置。

进一步地，所述通孔为圆形、三角形、长方形和正方形中的任一种；

当所述通孔为圆形时，所述通孔的孔径为5-12mm；当所述通孔为三角形时，所述通孔的边长为5-12mm；当所述通孔为长方形时，所述通孔的边长为 5-12mm；当所述通孔为正方形时，所述通孔的边长为5-12mm。

进一步地，所述匀气孔板水平设置，所述匀气孔板与所述出气口的中心之间的距离的范围为[100mm，150mm]；

所述匀气孔板的投影面积大于所述出气口的投影面积。

进一步地，所述出气管远离所述出气口的一端设有封头，所述封头与所述出气管通过法兰连接。

进一步地，所述第三分离单元包括丝网除雾器或折流板除雾器。

进一步地，所述出气管的直径为0.1-1.2m。

在本申请中，用于制氢的分离器具有以下优点：

在本申请提供的用于制氢的分离器中，第一分离单元包括挡板，挡板用于对从气液混合进口进入分离器的腔体内的气液混合物进行第一次分离；第二分离单元包括匀气孔板，匀气孔板与与分离器的出气口相对，用于对气液混合物进行第二次分离。本实施例通过对气液混合物进行两次分离，可使从出气口流出的气体中夹带的电解质雾气和/或雾沫大幅下降，以减少补充电解质的次数，尤其在碱性电解水系统中可以减少向电解槽补充碱液的次数，提高气液分离器的分离效率；并且，当分离后的气体进入洗涤器后，由于气体夹带的电解质雾气和/或雾沫大幅下降，可减少向洗涤器内补水的频率，以减轻洗涤器的负荷。

第二方面，本申请提供了一种制氢装置，包括气液分离器，所述气液分离器包括：分离器本体、第一分离单元、气液混合进口、出气口和出液口；

所述气液混合进口、所述出气口和所述出液口均设置于所述分离器本体外侧壁上，且均与所述分离器本体的腔体连通，所述出气口设置于所述分离器本体的上部，所述气液混合进口的数目为至少一个，所述气液混合进口位于所述腔体内的液位以上；

所述第一分离单元设置于所述腔体内，用于对从所述气液混合进口进入所述腔体内的气液混合物进行第一次分离；

进一步地，所述第二分离单元设置于所述腔体内，且与所述出气口相对设置，用于对所述气液混合物进行第二次分离。

进一步地，所述制氢装置还包括：第三分离单元；

所述分离器本体的外侧壁在与所述出气口相对的位置设有出气管，所述第三分离单元设置于所述出气管内，用于对从所述出气口流出的气体进行第三次分离。

进一步地，所述第一分离单元包括挡板，所述挡板部分位于所述腔体内液体的液位以上。

进一步地，所述第二分离单元包括匀气孔板。

在本申请中，制氢装置具有以下优点：

本申请提供的制氢装置包括气液分离器，气液分离器的第一分离单元用于对从气液混合进口进入分离器的腔体内的气液混合物进行第一次分离；气液混合进口位于腔体内的液位以上，这种结构可以确保气体和电解质雾气混合物在从气液混合进口到达气液分离器内的电解液表面之前有时间逸出气体，进而提高气液分离器中的气液分离性能。

第三方面，本申请实施例提供了一种制氢装置，包括上述气液分离器。

所述制氢装置所具有的优点与上述用于制氢的分离器所述的优点相同，此处不在赘述。

进一步地，所述制氢装置还包括电解槽，所述电解槽用于碱性水电解。

第四方面，本申请实施例提供了一种根据上述用于制氢的分离器在制备氢气纯化装置中的应用。

附图说明

图1为本申请实施例所述气液分离器在第一视角的结构示意图之一；

图2为本申请实施例所述气液分离器在第一视角的结构示意图之二；

图3为本申请实施例所述气液分离器在第二视角的结构示意图；

图4为本申请实施例所述气液分离器在第一视角的部分结构示意图；

图5为本申请实施例所述气液分离器在第一视角的局部结构示意图之二；

图6为本申请实施例所述气液分离器在第二视角的局部结构示意图之二；

图7为本申请实施例所述气液分离器的匀气孔板的结构示意图；

图8为本申请实施例所述气液分离器在第一视角的结构示意图之三；

图9为本申请实施例所述气液分离器与双室平衡容器连接的结构示意图；

图10为本申请实施例所述气液分离器的防涡流挡板的结构示意图；

图11为图1中J处的局部放大图；

图12为图11中C-C的剖视图。

附图标记说明：

1：分离器本体；2：气液混合进口；3：出气口；4：出液口；

5：挡板；51：第一挡板；52：第二挡板；521：竖直部；522：弯折部； 53：侧向封板；531：弯折段；532：第一水平段；533：竖直段；534：第二水平段；535：弧形段；54：液下孔板；

6：匀气孔板；60：通孔；61：水平板；62：竖直板；

7：双室平衡容器；71：外层容室；72：内层容室；

8：压差变送器；9：连接管；10：连通管；11：稳定管；

12：防涡流挡板；121：横向挡板；122：纵向挡板；123：圆形挡板；

13：出气管；14：封头；141：气体出口；15：法兰；16：丝网除雾器；17：液位线；18：折流板除雾器；19：控制阀。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的制氢的分离器和制氢装置进行详细地说明。

本申请实施例提供了一种用于制氢的气液分离器，参照图1至图11，气液分离器具体可以包括分离器本体1、第一分离单元、第二分离单元、气液混合进口2、出气口3和出液口4，气液混合进口2、出气口3和出液口4均设置于分离器本体1的外侧壁上，且均与分离器本体1的腔体连通，出气口3设置于分离器本体1的上部，第一分离单元和第二分离单元设置于腔体内；第一分离单元包括挡板5，用于对从气液混合进口2进入腔体内的气液混合物进行第一次分离；第二分离单元包括匀气孔板6，匀气孔板6与出气口3相对，用于对气液混合物进行第二次分离。可见，本申请通过对气液混合物进行两次分离，大幅下降从分离器本体1的出气口3流出的气体中夹带的碱沫量，以减少补碱次数，提高气液分离器的分离效率；并且，当分离后的气体进入洗涤器后，由于洗涤器内的pH值降低，可减少向洗涤器内补水的频率，以减轻洗涤器的负荷。

具体而言，如图1和图2所示，分离器本体1具有腔体，腔体内盛有液体 (如碱液)。第一分离单元包括挡板5，挡板5设置于腔体内，当气液混合物(如氢气/氧气与碱液的混合物)从气液混合进口2进入腔体内后，通过与挡板5 的撞击作用，挡板5可以降低气液混合物的流速，又由于气液混合物中的气体与液体存在密度差，气体向上运动，同时液体向下运动，以使气液混合物进行第一次分离，降低气体(如氢气或氧气)中夹带的碱沫量。

具体而言，如图1和图2所示，出气口3位于分离器本体1的上部，出液口4位于分离器本体1的下部，第二分离单元包括匀气孔板6，匀气孔板6位于腔体内与出气口3相对的位置。在气液混合物经过第一次分离后，气体向上运动，经过匀气孔板6后从出气口3流出。其中，气体在经过匀气孔板6时，可沿匀气孔板6均匀分布，以防止局部气体负荷集中而降低气体的上升速度，利于气体中夹带的碱沫的重力分离，并且，还可以挡住部分小雾滴，起到一定的细分离作用，以对气液混合物进行第二次分离，从而进一步降低气体中夹带的碱沫量。

实际中，出气口3与出液口4可相对设置，这样，可以以最高的液位差，防止液体中的气体跟随液体从出液口4流出，以使分离后的气体都可以从出气口4流出。

实际中，本实施例的气液分离器可以应用于制氢装置中，当采用该气液分离器对气液混合物进行两次分离后，由于气体中夹带的碱沫量大幅降低，与相关技术相比，可以降低补碱的频率，从而提高气液分离器的分离效率，提升分离后气体的纯度；并且，当分离后的气体进行洗涤器后，由于洗涤器内的pH 值降低，可减少向洗涤器内补水的频率，以减轻洗涤器的负荷。

实际中，气液分离器为卧式放置，也即，如图3所示，气液混合物的长度方向与水平方向平行。气液混合进口2的数目为至少一个，如图5所示，可以设置在分离器本体1的封头上，如图1至图3所示，也可以设置在分离器本体 1轴向的侧壁上。当气液混合进口2设置于封头处时，容易配管，安装方便，但是由于封头部位尺寸有限，通常适合于气液混合进口2数目较少的情况。当气液混合进口设置在分离器本体1轴向的侧壁上时，气液混合进口2的数量允许在一个较大的范围内选择，当气液分离器被用于处理较大流量的气液混合时，则在侧壁上设置气液混合进口是更合适的选择。

气液混合进口2可以位于腔体内的液位(液位线17的简称)以下(如图1 所示)或液位以上(如图2所示)。气液混合进口2的轴线与水平线之间具有夹角，夹角的范围为[30°，45°]。对于气液混合进口2的具体设置数目和设置角度，本实施例对此可以不做限定，其需要根据实际需求进行设定。下文以气液混合物的数目为一个进行说明。

相关技术中，气液混合进口位于液位以下，但是，由于分离后的碱液通常是由循环泵抽出，在该过程中，可能会将分离后的少量的气体抽走，使得分离后气体的总量减少，引起气液分离器内压力的不稳定。而本实施例的气液混合进口可以位于腔体内的液位以上，这样，可以避免循环泵抽走分离后的少量气体，以使分离后的气体都可以从出气口流出，确保分离后气体的总量，并使气液分离器内的压力维持恒定。

在本申请实施例中，分离器还包括第三分离单元；分离器本体1的外侧壁在与出气口3相对的位置设有出气管13，第三分离单元设置于出气管13内，用于对从出气口3流出的气体进行第三次分离。

具体而言，如图1、图2和图7所示，分离器本体1的外侧壁上还安装有出气管13，出气管13与出气口3连通。第三分离单元设置于出气管13内，当气液混合物进行第二次分离后，分离后的气体向上运动，经过出气口3和第三分离单元后从出气管13远离分离器本体1的一端流出。其中，第三分离单元可对从出气口3流出的气体进行第三次分离，以更进一步地降低气体中夹带的水雾量，从而更进一步地提升分离效率，提高分离后气体的纯度。

具体而言，第三分离单元可以包括丝网除雾器16(如图1)或折流板除雾器18(如图2)，丝网除雾器16或折流板除雾器18可将从出气口3流出的气体中夹带的雾滴和水蒸汽进一步地除去，以净化气体。丝网除雾器16和折流板除雾器18为本领域的常用除雾器，具体结构可以参考相关技术，此处不在赘述。

需要说明的是，图7中示出的是丝网除雾器16，丝网除雾器16可以包括至少一个丝网(或过滤网)，若丝网的数目≥2，多个丝网可沿出气管13的轴线方向间隔设置。实际中，从出气口3流出的气体经过丝网除雾器16后，除雾率可高达95％，气体中夹带的雾滴量更少，气体的纯度更高；当分离后的气体进入洗涤器后，洗涤器内的pH值进一步降低，这样，可进一步减少向洗涤器内补水的频率，以进一步减少水量的使用。其中，丝网(或过滤网)可以根据T21618-1998进行选型，丝网(或过滤网)的型号包括标准型SP、高效型 DP、高穿型HR和阻尼型HP，丝网(或过滤网)的具体型号可以根据实际情况进行选择，本实施例对此不做限定。

在本申请实施例中，如图1、图2和图7所示，匀气孔板6水平设置，匀气孔板6与出气口3的中心之间的距离的范围为[100mm，150mm]；匀气孔板 6的投影面积大于出气口3的投影面积。

如图1、图2和图7所示，匀气孔板6包括两个沿竖直方向间隔设置的竖直板62和连接竖直板62的一个水平板61，以呈“U型”。“U型”的开口朝向出气口3，也即，水平板61与出气口3相对，水平板61与出气口3的中心之间的距离L为100-150mm；两个竖直板62远离水平板61的一端与分离器本体1的内壁固定连接，这样，从匀气孔板6流出的气体只能从出气口3流出。

在一些实施例中，出气管13通常为圆柱型，如图1、图2和图7所示，水平板61的投影面积大于出气口3的投影面积(即直径)，这样，可以使从匀气孔板6流出的气体都能够从出气口3流出。

需要说明的是，图7示出的是匀气孔板6的俯视结构图，也可认为是水平板61的结构示意图，水平板61可以为长方形或正方形，图7中示出的为正方形，本实施列对于水平板61的具体结构可以不做限定，其可以根据实际情况进行设定。

在本申请实施例中，如图7所示，匀气孔板6上设有多个通孔60；多个通孔60均匀设置，或者，多个通孔60按阵列排布，相邻两排或两列之间的通孔 60错位设置。

如图7所示，匀气孔板6的水平板61上设有多个通孔60，多个通孔60 按阵列排布，相邻两排或两列之间的通孔60错位设置，或者，相邻两排或两列之间的通孔60均匀设置，总之，为了使第一次分离后的气体可以沿水平板 61的长度和宽度均匀分布，以利于气体中液沫的重力分离，多个通孔60均匀分布即可。其中，通孔60可以为圆形、三角形、长方形和正方形中的任一种。当通孔60为圆形时，通孔60的孔径为5-12mm；当通孔60为三角形时，通孔 60的边长为5-12mm；当通孔60为长方形时，通孔60的边长为5-12mm；当通孔60为正方形时，通孔60的边长为5-12mm。

在一些实施例中，如图7所示，以通孔60为圆孔为例进行说明，气体流过匀气孔板6的水平板61的穿孔速度可以为8-12m/s，基于此，可以根据通孔 60的孔径计算匀气孔板6上的通孔60的数量。

需要说明的是，由于丝网除雾器16或折流板除雾器18具有一定的规格，出气管13的直径可以根据经过丝网除雾器16或折流板除雾器18后气体的速度设定，在一些实施例中，经过丝网除雾器16或折流板除雾器18后气体的速度可以为0.3-1.5m/s，基于此，出气管13的直径在0.1-1.2m。

如图1、图2和图7所示，出气管13远离出气口3的一端设有封头14，封头14与出气管13通过法兰15连接。这样，便于封头14与出气管13的安装与拆卸，并且，法兰15为标准件，价格低、容易更换。实际中，封头14用以封闭容器端部，使其内外介质隔离的元件，也可称为端盖。圆筒形容器的封头14一般都是迥转壳体。按封头14表面的形状可分为凸形、锥形、平板形和组合形。凸形封头是指外表面形状为凸面的封头，如半球形、椭圆形、碟形和无折边球形封头等。本实施例对于封头14的具体形状可以不做限定，具体可以根据实际需求进行选择。其中，封头14远离出气管13的一端设有气体出口 141。

在本申请实施例中，如图1、图2和图4所示，挡板5包括：第一挡板51、第二挡板52和两个侧向封板53；第一挡板51和第二挡板52沿竖直方向间隔设置以形成缝隙，第一挡板51相对第二挡板52靠近气液混合进口2，第一挡板51的部分位于腔体内液体的液位以上，第二挡板52位于液位以上；第二挡板52的上端与分离器本体1的内壁连接，每个侧向封板53与分离器本体1的内壁连接，且与第一挡板51连接。

具体而言，如图1、图2和图4所示，第一挡板51和第二挡板52沿竖直方向间隔设置，且均沿分离器本体的长度方向延伸，第一挡板51相对第二挡板52靠近气液混合进口2，以形成缝隙。第一挡板51的一部分位于液位以上，一部分位于液位以下，第二挡板52位于液位以上。

在一些实施例中，在分离器本体1的长度方向上，两个侧向封板53位于第一挡板51的两侧，两个侧向封板53均与分离器本体1的内壁连接，且一个侧向封板53与第一挡板51的一端连接，另一个侧向封板53与第一挡板51的另一端连接，这样，侧向封板53可以对第一挡板51起到支撑作用。

在另一些实施例中，结合图1和图3，在分离器本体1的长度方向上，一个侧向封板53与分离器本体1的内壁连接，且封闭第一挡板51、第二挡板52 分别与内壁形成的开口，同样地，另一个侧向封板53与分离器本体1的内壁连接，且封闭第一挡板51、第二挡板52分别与内壁形成的开口。这样，侧向封板53不仅可以对第一挡板51起到支撑作用，还可以与第一挡板51、第二挡板52和分离器本体1的内壁形成一个半封闭的腔体，以使从气液混合进口2进入的气液混合物中的气体可以全部通过第一挡板51与第二挡板52之间的缝隙向上流动。

在本申请实施例中，如图1、图2、图5和图6所示，第一挡板51为平板结构；第二挡板52包括连接的竖直部521和弯折部522，竖直部521与弯折部 522之间具有预设夹角，竖直部521沿竖直方向设置，且相对弯折部522靠近腔体的内壁，竖直部521远离弯折部522的一端与腔体的内壁连接。其中，预设夹角的角度可以为锐角或钝角，以第二挡板52的开口朝向第一挡板51为参考，预设夹角优选为钝角。

一些实施例中，第二挡板53除了上述的弯折板结构外，还可以为平板结构，此种情况下，第二挡板53只包括竖直部521，竖直部521的上端与腔体的内壁连接。

一些实施例中，如图4所示，沿逆时方向，侧向封板53可以包括首尾依次连接的弯折段531、第一水平段532、竖直段533、第二水平段534和弧形段 535，可见，侧向封板53的形状为不规则形状。其中，弯折段531的形状与第二挡板52的形状相似或相同，弧形段535与分离器本体1的部分内壁(第二挡板44的上端到第一挡板43的下端之间的内壁)的形状相似或相同。实际中，侧向封板53的截面积大于等于上述开口的面积，图4中示出的侧向封板53的截面积大于上述开口的面积，若侧向封板53的截面积等于上述开口的面积，弯折段531与第二挡板52的端部平齐，竖直段533与第一挡板51的端部平齐，第一水平段532为第一挡板51与第二挡板52之间间隙，第二水平段534相当于第一挡板51的下端到分离器本体1的内壁之间的距离。

如图4所示，第一挡板51、第二挡板52、侧向封板53和分离器本体1的内壁(弧形段535)形成一个半封闭的腔体。如图1所示，在气液混合进口2 位于液位17以上的情况下，当气液混合物从气液混合进口2进入分离器本体1 的腔体内后，其先与第一挡板51发生碰撞，不仅可使气液混合物的流速降低，还由于气液混合物中的气体和液体存在密度差，气液混合物中的气体向上流动，并从第一挡板51的上端与腔体的内壁之间的开口转向进入缝隙W1(W1指的是缝隙的宽度)，然后再转向且向上流动，气液混合物中的液体由于自重落入腔体内的液体中，以实现对气液混合物的第一次分离。

一些实施例中，如图1、图2、图4和图5所示，第一挡板51的上端位于第二挡板52的上端与第二挡板52的下端之间，以使向上流动的气体可以转向，并流入缝隙W1内。当然，第一挡板51的上端也可以与第二挡板52的下端平齐，第一挡板51的具体设置位置可以根据实际情况进行设定。下文以第一挡板51的上端位于述第二挡板52的上端与第二挡板52的下端之间进行说明。

一些实施例中，气体在W1内的流速应不高于0.2m/s，基于此，根据气体体积流量/(W1*W)≤0.2m/s，如图3所示，计算出侧向封板53在分离器本体1轴向方向上的长度W，其中，气体体积流量可知。

在本申请实施例中，如图1和图5所示，第一分离单元还包括：液下孔板 54；液下孔板54位于第一挡板51远离第二挡板52的一侧，且位于液位以下，液下孔板54与分离器本体1的内壁连接。

实际中，在气液混合进口位于液上的情况下，由于气液混合物进入腔体内时的流速较大，会引起液面发生波动，为了均衡液面以下气体负荷，使得液面平稳，以减少气体带水，本实施例设置了液下孔板54。一些实施例中，如图1 和图5所示，液下孔板54位于液位以下，且位于第一挡板51远离第二挡板52 的一侧，也即，液下孔板54位于第一挡板51与腔体的内壁之间，液下孔板54 可以水平放置，以将分离器本体1的内壁与第一挡板51连接，此种情况下，图5和图6中，液下孔板54远离第一挡板51的一端与分离器本体1的内壁固定连接，液下孔板54靠近第一挡板51的一端与第一挡板51的下端固定连接。另一些实施例中，液下孔板54靠近第一挡板51的一端也可以不与第一挡板51 的下端连接。需要说明的是，液下孔板54也可以相对水平方向倾斜放置，对于液下孔板的具体放置方式，本实施例可以不做限定，具体可以根据实际情况进行限定。

具体而言，液下孔板54上设有多个孔眼，多个孔眼均匀分布，且具有节流作用，可使气体均匀分布，以均衡液位17以下的气体负荷，使得液位更加平稳；并且，多个孔眼还有助于重力分离，当气流通过孔眼时，夹在气流中的水滴可以附在液下孔板54的板面上因自重而落入液体中。

需要说明的是，如图4所示，若液下孔板54水平设置，该液下孔板54可以看成侧向封板53的第二水平段534，或者说，第二水平段534为液下孔板 54，第二水平段534的结构与液下孔板54的结构相同。

具体而言，第一挡板51、第二挡板52、侧向封板53和液下孔板54可以为一体成型结构，这样，第一分离单元的结构更加稳定、强度更高，提高了挡板5的使用寿命，从而提高分离器的使用寿命。

实际中，第一挡板51朝向气液混合进口2的表面上可以设置加强筋，加强筋可以与第一挡板51形成导流槽的结构，加强筋也可以是不锈钢丝网，对于加强筋的具体结构，本实施例对此可以不做限定，具体可以根据实际需求进行设定。另外，为了避免分离器本体1内的电解质液体(如碱液)腐蚀加强筋，加强筋的表面含有耐腐蚀材料。例如，加强筋本身为耐腐蚀材料，或者，加强筋本身不具有耐腐蚀性能，可以在加强筋的表面涂耐腐蚀的涂层。

如图1所示，第一挡板51的下端与液位之间的距离范围为[150mm，200mm]；第二挡板52的上端与液位之间的距离大于150mm。对于第一挡板51的下端与液位之间的距离、第二挡板52的上端与液位之间的距离的具体数值，本实施例对此可以不做限定，可以根据实际情况进行设定。

在本申请实施例中，如图9所示，气液分离器还包括：双室平衡容器7和压差变送器8；双室平衡容器7的外层容室71通过连接管9与腔体连通，连接管9位于腔体内液体的液位以上，双室平衡容器7的内层容室72通过连通管 10与腔体连通，连通管10位于液位以下；压差变送器8与双室平衡容器7连通。

具体而言，本实施例的气液分离器还包括双室平衡容器7和压差变送器8，双室平衡容器7的数目为至少一个，压差变送器8与双室平衡容器7的数目一一对应，对于双室平衡容器7和压差变送器8的具体设置数目，本实施例对此可以不做限定，具体可以根据实际情况进行设定。下文以一个双室平衡容器7 和一个压差变送器8为例进行说明。

相关技术中，由于气液分离器在使用过程中需要平衡压力来调整液位，由于气液混合物在进料时会使分离器本体1内的液位产生波动，影响液位的测量精度，使得制氢装置的安全性和可靠性低。与相关技术相比，本申请通过双室平衡容器7连接分离器本体1和压差变送器8。

具体而言，如图9所示，双室平衡容器7包括内层容室72和外层容室71，外层容室71的体积比内层容室72的体积大，内层容室72位于外层容室71内部。外层容室71通过连接管9与分离器本体1的腔体连通，连接管9位于液位以上，内层容室72通过连通管10与分离器本体1的腔体连通，连通管10 位于液位以下。双室平衡容器7的正压头从外层容室71中引出，双室平衡容器7的负压头从内层容室72中引出。压差变送器8具有高压侧(H)和低压侧 (L)，高压测和低压侧中的一个与外层容室71底部的正压头连通，另一个与内层容室72底部的负压头连通，用以检测双室平衡容器的压差。

实际中，压差变送器8包括负迁移压差变送器和正迁移压差变送器，如图 9所示，在压差变送器8为负迁移压差变送器时，其高压测与内层容室72的底部连通，其低压侧与外层容室71的底部连通；在压差变送器8为正迁移压差变送器8，其低压测与内层容室72的底部连通，其高压侧与外层容室71的底部连通；对于压差变送器8具体采用哪种类型，本实施例对此可以不做限定，具体可以根据实际情况进行设定。

如图9所示，外层容室71与分离器本体1中气相连通且充满了冷凝水；内层容室72与分离器本体1的液相连通，且形成连通器。实际中，外层容室 71中的水面高度是一定的，当水面增高时，水便通过连接管9流入分离器本体 1内，当水面降低时，便由冷凝水来补充。因此，只要外层容室71中水的重度 (或密度)一定时，正压头变为定值，也就是说，负压头的变化即双室平衡容器输出压差的变化，从而反映了分离器本体1内的液位。

当分离器本体1内的液位发生变化时，双室平衡容器7输出的压差也随之线性变化，压差变送器8实时获取压差信号，由于双室平衡容器7可将压差与分离器本体1内的液位准确转换，从而准确获得分离器本体1的液位；并且由于双室平衡容器中内层容室72和外层容室71的温度基本相等，可以减少由于温度不同所产生的测量误差，以进一步提高液位的测量精度。

另外，由于气液混合物从气液混合进口2进入分离器本体1内时具有一定的流速，也会对液位进行扰动，由于分离器本体1内的第一挡板51和第二挡板52之间具有缝隙，气液混合物中的气体向上流动并进入缝隙，以降低气体的流速，从而减轻气液混合物在进料时对液位的扰动，进一步提高了液位的测量精度。

一种优选实施例中，压差变送器8与双室平衡容器7的数目分别为两个，这样，两个压差变送器8分别获得的液位值，可以进行平均，或者采用加权平均的方式计算，以更加精确地测量液位。

在本申请实施例中，如图1、图2和图9所示，气液分离器还包括：稳定管11；稳定管11沿竖直方向设置于腔体内；连接管9的部分和连通管10的部分均伸入腔体内，且连接管9位于腔体内的一端和连通管10位于腔体内的一端分别与稳定管11连通。

具体而言，如图9所示，稳定管11为一根竖直管，连接管9的部分和连通管10的部分均伸入腔体内，连接管9位于腔体内的一端与稳定管11连通，连通管10位于腔体内的一端与稳定管11连通。这样，稳定管11可以对连通管10和连接管9进行稳固，以使双室平衡容器7中的液位保持稳定，进一步提高分离器本体1内的液位的测量精度。

如图9所示，压差变送器的低压侧通过第一导压管与外层容室的底部的正压头连通，压差变送器的高压侧通过第二导压管与内层容室的底部的负压头连通。连通管、第一导压管和第二导压管上均设有控制阀19，对于连接管，控制阀19可以选用球阀，以切断或导通连接管内气体的流动；对于连通管，控制阀19可以选用球阀，以切断或导通连通管内液体的流动；对于第一/第二导压管，控制阀19可以选用卡套针阀，以将压差变送器的负/正压测量室断开或导通。

在本申请实施例中，气液分离器还包括：防涡流挡板12；如图1和图2 所示，防涡流挡板12设于腔体内与出液口4相对的位置；防涡流挡板12的投影形状为十字型。

具体而言，防涡流挡板12设于腔体内与出液口4相对的位置，以防止分离器本体1的液体在出液口4产生涡流，从而避免对液位的扰动，进一步提高对液位的测量精度；并且还可以减少对分离器本体1的内壁进行冲蚀，以提高分离器本体1的使用寿命。

如图10所示，一些实施例中，防涡流挡板12包括横向挡板121和纵向挡板122，横向挡板121和纵向挡板122呈十字垂直分布，横向挡板121和纵向挡板122可通过焊接层、粘接层或紧固件固定连接。如图11和图12所示，另一些实施例中，基于上述防涡流挡板12，防涡流挡板12还包括圆形挡板5123，圆形挡板5123可通过焊接层、粘接层或紧固件等连接方式固定于横向挡板121 远离纵向挡板122的一侧。对于防涡流挡板12的具体结构，本实施例对此可以不做限定，具体可以根据实际情况进行设定。

在相关技术中，气液分离器在封头14处进料，由于封头14部位的尺寸有限，很难适用多根管道同时进料，进料效率较低。

如图5所示，本实施例的分离器本体1的外侧壁上设有封头14，气液混合进口2设置于分离器本体1的外侧壁与封头14相对的位置，且位于液位以上，这样，气液混合进口2容易配管，安装方便，可用于多根管道同时进料，以提高进料效率。基于此，第一分离单元的设置位置与图1的设置位置相同，此处不在赘述。

需要说明的是，封头14的数目为至少一个，当其数目≥2个，气液混合进口2的设置数目与封头14的设置数目一一对应。

在本申请实施例中，用于制氢的分离器具有以下优点：

在本申请实施例提供的用于制氢的分离器中，第一分离单元包括挡板5，挡板5用于对从气液混合进口2进入分离器的腔体内的气液混合物进行第一次分离；第二分离单元包括匀气孔板6，匀气孔板6与分离器的出气口3相对，用于对气液混合物进行第二次分离。本实施例通过对气液混合物进行两次分离，可使从出气口3流出的气体中夹带电解质雾气和/或雾沫大幅下降，以减少补充电解质的次数，尤其在碱性电解水系统中可以减少向电解槽补充碱液的次数，提高气液分离器的分离效率；并且，当分离后的气体进入洗涤器后，由于气体夹带的电解质雾气和/或雾沫大幅下降，洗涤器内的pH值降低，可减少向洗涤器内补水的频率，以减轻洗涤器的负荷。

在本申请的一种实施例中，还提供了一种制氢装置，具体可以包括分离器，分离器包括：分离器本体1、第一分离单元、气液混合进口2、出气口3和出液口4，气液混合进口2、出气口3和出液口4均设置于分离器本体1外侧壁上，且均与分离器本体1的腔体连通，出气口3设置于分离器本体1的上部，气液混合进口2的数目为至少一个，气液混合进口2位于腔体内的液位17以上；第一分离单元用于对从气液混合进口2进入腔体内的气液混合物进行第一次分离。这种结构可以确保气体和电解质雾气混合物在从气液混合进口到达气液分离器内的电解液表面之前有时间逸出气体，减少与电解质溶液的接触时间，进而提高气液分离器中的气液分离性能。

具体而言，第一分离单元包括挡板5，挡板5用于对从气液混合进口2进入腔体内的气液混合物进行第一次分离，挡板5的具体结构和工作原理上文已经详述，此处不在赘述。

具体而言，本实施例的制氢装置还包括第二分离单元，第二分离单元设置于分离器本体1的腔体内，且与出气口3相对设置，用于对气液混合物进行第二次分离。第二分离单元包括匀气孔板6，匀气孔板6设置于分离器本体1的腔体内与出气口3相对的位置，用于对气液混合物进行第二次分离。匀气孔板 6的具体结构和工作原理上文已经详述，此处不在赘述。

在本申请实施例中，制氢装置还包括第三分离单元，分离器本体1的外侧壁在与出气口3相对的位置设有出气管13，第三分离单元设置于出气管13内，用于对从出气口3流出的气体进行第三次分离，以更进一步地降低气体中夹带的碱沫量，从而更进一步地提升分离效率，提高分离后气体的纯度。

具体而言，第三分离单元的具体结构和工作原理上文已经详述，参考即可，此处不在赘述。

在本申请的另一种实施例中，还提供了一种制氢装置，制氢装置包括上述用于制氢的分离器，分离器的具体结构和工作原理在前文已经详述，参考即可，此处不在赘述。

上述的两个实施例中的制氢装置均还包括电解槽，电解槽用于碱性水电解。电解槽没有特别限定，可以是单极电解槽，也可以是双极电解槽，但在工业上优选双极电解槽。双极电解槽通过堆叠所需数量的双极元件构成，双极元件优选具有50～500个，更优选具有70～300个，特别优选具有200～300个。对于碱性水电解系统而言，气液分离器为氢气气液分离器或氧气气液分离器，氢气气液分离器和氧气气液分离器与电解槽连通，并排设置在电解槽的上方。制氢装置还包括氢气洗涤器和氧气洗涤器，分别设置在氢气气液分离器和氧气气液分离器的上方，对气液分离器排出的气体进行洗涤。

实际中，循环碱液(如30％KOH)经过电解槽，电解槽的阴极排出氢气(H2) 和碱雾的气液混合物，之后，经过一个气液分离器将氢气与碱雾进行分离；阳极排出氧气(O2)和碱雾的气液混合物，之后，经过另一个气液分离器将氧气与碱雾进行分离；分离后的碱液汇总进入碱液冷却器，经循环泵返回电解槽。本申请的气液分离器具有优异的气液分离效率，特别适合与大型碱性水电解槽配套使用，具有高效的气液处理能力。

在本申请实施例中，由于用于制氢的分离器可提升分离器的分离效率，从而提升分离后气体的纯度，因此，用于制氢的分离器在制备氢气纯化装置中的应用。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (20)

1.一种用于制氢的气液分离器，其特征在于，包括：分离器本体、第一分离单元、第二分离单元、气液混合进口、出气口和出液口，所述气液混合进口、所述出气口和所述出液口均设置于所述分离器本体的外侧壁上，且均与所述分离器本体的腔体连通，所述出气口设置于所述分离器本体的上部，所述第一分离单元和所述第二分离单元设置于所述腔体内；

所述第一分离单元包括挡板，用于对从所述气液混合进口进入所述腔体内的气液混合物进行第一次分离；

所述第二分离单元包括匀气孔板，所述匀气孔板与所述出气口相对，用于对所述气液混合物进行第二次分离；

所述匀气孔板上设有多个通孔；

多个所述通孔均匀设置，或者，多个所述通孔按阵列排布，相邻两排或两列之间的所述通孔错位设置；

所述匀气孔板水平设置；

所述匀气孔板的投影面积大于所述出气口的投影面积；

所述挡板包括：第一挡板、第二挡板和两个侧向封板；

所述第一挡板和所述第二挡板沿竖直方向间隔设置以形成缝隙，所述第一挡板相对所述第二挡板靠近所述气液混合进口，所述第一挡板的部分位于所述腔体内液体的液位以上，所述第二挡板位于所述液位以上；

所述第二挡板的上端与所述分离器本体的内壁连接，每个所述侧向封板与所述内壁连接，且与所述第一挡板连接。

2.根据权利要求1所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述气液分离器还包括：第三分离单元；

所述分离器本体的外侧壁在与所述出气口相对的位置设有出气管，所述第三分离单元设置于所述出气管内，用于对从所述出气口流出的气体进行第三次分离。

3.根据权利要求1所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述气液混合进口的数目为至少一个，所述气液混合进口位于所述腔体内的液位以下或液位以上；

所述气液混合进口的轴线与水平线之间具有夹角，所述夹角的范围为[30°，45°]。

4.根据权利要求1所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述第一挡板的上端位于所述第二挡板的上端与所述第二挡板的下端之间。

5.根据权利要求1所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述第一分离单元还包括：液下孔板；

所述液下孔板位于所述第一挡板远离所述第二挡板的一侧，且位于所述液位以下，所述液下孔板与所述分离器本体的内壁连接。

6.根据权利要求5所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述第一挡板、所述第二挡板、所述侧向封板和所述液下孔板为一体成型结构。

7.根据权利要求1所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述第一挡板朝向所述气液混合进口的表面上设有加强筋；

所述加强筋的表面含有耐腐蚀材料。

8.根据权利要求4所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述第一挡板的下端与所述液位之间的距离范围为[150mm，200mm]；

所述第二挡板的上端与所述液位之间的距离大于150mm。

9.根据权利要求1所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述第一挡板为平板结构；

所述第二挡板包括连接的竖直部和弯折部，所述竖直部与所述弯折部之间具有预设夹角，所述竖直部沿所述竖直方向设置，且相对所述弯折部靠近所述腔体的内壁，所述竖直部远离所述弯折部的一端与所述腔体的内壁连接。

10.根据权利要求1所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述气液分离器还包括：双室平衡容器和压差变送器；

所述双室平衡容器的外层容室通过连接管与所述腔体连通，所述连接管位于所述腔体内液体的液位以上，所述双室平衡容器的内层容室通过连通管与所述腔体连通，所述连通管位于所述液位以下；

所述压差变送器与所述双室平衡容器连通。

11.根据权利要求10所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述气液分离器还包括：稳定管；

所述稳定管沿竖直方向设置于所述腔体内；

所述连接管的部分和所述连通管的部分均伸入所述腔体内，且所述连接管位于所述腔体内的一端和所述连通管位于所述腔体内的一端分别与所述稳定管连通。

12.根据权利要求1所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述气液分离器还包括：防涡流挡板；

所述防涡流挡板设于所述腔体内与所述出液口相对的位置；

所述防涡流挡板的投影形状为十字型。

13.根据权利要求1所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述匀气孔板与所述出气口的中心之间的距离的范围为[100mm，150mm]。

14.根据权利要求1所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述通孔为圆形、三角形、长方形和正方形中的任一种；

当所述通孔为圆形时，所述通孔的孔径为5-12mm；当所述通孔为三角形时，所述通孔的边长为5-12mm；当所述通孔为长方形时，所述通孔的边长为5-12mm；当所述通孔为正方形时，所述通孔的边长为5-12mm。

15.根据权利要求2所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述出气管远离所述出气口的一端设有封头，所述封头与所述出气管通过法兰连接。

16.根据权利要求2所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述第三分离单元包括丝网除雾器或折流板除雾器。

17.根据权利要求2所述的用于制氢的气液分离器，其特征在于，所述出气管的直径为0.1-1.2m。

18.一种制氢装置，其特征在于，包括权利要求1至17中任一项所述的气液分离器。

19.根据权利要求18所述的制氢装置，其特征在于，所述制氢装置还包括电解槽，所述电解槽用于碱性水电解。

20.一种根据权利要求1-17任一项所述的用于制氢的气液分离器在制备氢气纯化装置中的应用。