CN212895007U

CN212895007U - 一种利用风电电能制取氢气、氯气、烧碱及盐酸合成系统

Info

Publication number: CN212895007U
Application number: CN202021743353.8U
Authority: CN
Inventors: 李兵静; 杜丽娟; 丁英华; 魏巍; 牛守慧; 王建华; 司有华; 璐娜; 高亚辉; 于海鹏; 杨婧; 孟斌; 赛娜
Original assignee: Inner Mongolia Hengrui New Energy Co ltd
Current assignee: Inner Mongolia Hengrui New Energy Co ltd
Priority date: 2020-08-19
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2021-04-06
Anticipated expiration: 2030-08-19

Abstract

本实用新型公开了一种利用风电电能制取氢气、氯气、烧碱及盐酸合成系统，其包括风力发电单元；风力发电单元与配电网的输入端电连接，配电网的输出端与氯碱制取单元的用电设备电连接；氢气储罐的出口与合成炉的氢气进气口连通，氯气储罐的出口与合成炉的氯气进气口连通。优点：风力发电单元为氯碱制取单元提供电力，由氯碱制取单元生产烧碱、氢气与氯气，在盐酸制取单元将氢气与氯气合成氯化氢气体，溶于水形成盐酸；利用了风电的弃风电力为由氯碱制取单元供电，而且将由氯碱制取单元的产品进行再加工制成盐酸，提高了资源利用率，缓解了我国三北地区的弃风限电问题，使多余风电电力通过氯碱工业进行消纳和储存，为电网提供削峰填谷手段。

Description

一种利用风电电能制取氢气、氯气、烧碱及盐酸合成系统

技术领域：

本实用新型涉及氯碱工业电解技术领域，特别涉及一种利用风电电能制取氢气、氯气、烧碱及盐酸合成系统。

背景技术：

我国是世界氯碱生产大国，氯碱工业是以盐和电为原料生产烧碱、氯气、氢气的基础原材料工业，最基本的化学工业之一，氯碱产品种类多，关联度大，其下游产品达到上千个品种，具有较高的经济延伸价值，它广泛应用于农业、石油化工、轻工、纺织、建材、电力、冶金、国防军工、食品加工等国民经济各命脉部门，在我国经济发展中具有举足轻重的地位。

氯碱工业利用电解饱和食盐水溶液制取烧碱和氯气及副产氢气的生产过程，其过程包括盐水精制、电解和产品精制等工序，其中主要工序是电解，而电解水制氢的电力主要来源为配电网，以配电网为电源的电解水制氢的电源主要是火电，火电的燃料仍是传统的化石能源，影响氯碱工业产品成本的主要因素是电价，导致用电成本高，降低用电成本是提高氯碱企业市场竞争力的关键因素；而随着近几年三北地区风电规模不断扩大，受风电出力特性与用电负荷特点的影响，大部分地区风电场都存在弃风限电现象，由于电网缺少储能设施等调峰手段，不得不限制风电机组出力，对风电运行时数产生明显影响。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种利用风电弃风限电的电力为氯碱制取单元提供清洁电力，实现电网内多余风电电力消纳与储存的利用风电电能制取氢气、氯气、烧碱及盐酸合成系统。

本实用新型由如下技术方案实施：一种利用风电电能制取氢气、氯气、烧碱及盐酸合成系统，其包括风力发电单元、氯碱制取单元、盐酸制取单元和配电网；所述风力发电单元的输出端与所述配电网的输入端电连接；所述氯碱制取单元包括氯碱变压器、整流逆变器和依次连通设置的原盐储罐、精盐制备系统、精盐水储罐和电解槽；所述配电网的输出端与所述氯碱变压器的输入端电连接，所述氯碱变压器的输出端通过所述整流逆变器与所述氯碱制取单元的用电设备电连接；所述电解槽的阴极氢气出口与氢气洗涤干燥装置的进气口连通，所述氢气洗涤干燥装置的排气口与氢气储罐的进口连通；所述电解槽的阳极氯气出口与氯气冷却干燥装置的进气口连通，所述氯气冷却干燥装置的排气口与氯气储罐的进口连通；所述电解槽的电解液出口与碱液储存罐的进口连通；所述盐酸制取单元包括依次连通设置的合成炉、冷却水槽、氯化氢冷却器、降膜吸收器、盐酸液封罐和盐酸储存装置；所述氢气储罐的出口与所述合成炉的氢气进气口连通，所述氯气储罐的出口与所述合成炉的氯气进气口连通。

进一步地，其还包括碱液蒸煮装置和固碱储存装置；所述碱液储存罐的出口与所述碱液蒸煮装置的进口连通，所述碱液蒸煮装置的出口与所述固碱储存装置的进口连通。

进一步地，所述氢气储罐的出口与所述合成炉的氢气进气口之间的管路上装设有氢气管路阻火器，所述氯气储罐的出口与所述合成炉的氯气进气口之间的管路上装设有氯气管路阻火器。

本实用新型的优点：本实用新型由风力发电单元为氯碱制取单元提供电力，由氯碱制取单元生产烧碱、高纯度氢气与氯气，在盐酸制取单元将氢气与氯气合成氯化氢气体，并溶于水形成盐酸；当风力发电单元需要弃风限电的时段，根据弃风限电的功率，启动氯碱制取单元的氯碱变压器，并按照弃风限电的功率运行氯碱变压器的输出功率，本技术提高了资源利用率，缓解了我国三北地区的弃风限电问题，使多余风电电力通过氯碱制取单元进行消纳和储存，为电网提供削峰填谷手段；本技术不仅利用了风电的弃风电力为氯碱制取单元供电，而且将氯碱制取单元的产品进行再加工合成氯化氢气体并制成盐酸；通过将氯碱制取单元和盐酸制取单元的结合，将氯碱制取单元的产物氯气与氢气进行再加工，延长产业链，弃风电力不仅解决了氯碱制取单元用能紧缺的问题，而且摆脱了氯碱制取单元用能成本高的困境，为我国氯碱工业提供了新的发展途径，提高了产品的市场竞争力。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

附图中各部件的标记如下：风力发电单元1、风力发电机1.1、风力发电变压器1.2、氯碱制取单元2、氯碱变压器2.1、整流逆变器2.2、原盐储罐2.3、精盐制备系统2.4、精盐水储罐2.5、电解槽2.6、氢气洗涤干燥装置2.7、氢气洗涤塔2.71、氢气干燥器2.72、氢气储罐2.8、氢气管路阻火器2.9、氯气冷却干燥装置2.10、氯气洗涤塔2.101、氯气干燥罐2.102、氯气储罐2.11、氯气管路阻火器2.12、碱液储存罐2.13、碱液蒸煮装置2.14、固碱储存装置2.15、盐酸制取单元3、合成炉3.1、冷却水槽3.2、氯化氢冷却器3.3、降膜吸收器3.4、盐酸液封罐3.5、盐酸储存装置3.6、配电网4、烧碱用户5、氯气用户6、氢气用户7、盐酸用户8。

具体实施方式：

如图1所示，一种利用风电电能制取氢气、氯气、烧碱及盐酸合成系统，其包括风力发电单元1、氯碱制取单元2、盐酸制取单元3、配电网4、烧碱用户5、氯气用户6、氢气用户7、盐酸用户8；风力发电单元1包括风力发电机1.1和风力发电变压器1.2，风力发电机1.1与风力变压器1.2电相连，风力发电单元1为现有技术，具体结构在此不再赘述，风力发电单元1的风力发电变压器1.2与配电网4的输入端电连接，配电网4的输出端与氯碱制取单元2的氯碱变压器2.1的输入端电连接，氯碱变压器2.1的输出端通过整流逆变器2.2与氯碱制取单元2的用电设备电连接，通过风力发电单元1为氯碱制取单元2的用电设备提供清洁电能；风力发电单元1根据配电网4的调度信息，当风力发电单元1需要弃风限电的时段，根据弃风限电的功率，启动氯碱制取单元2的氯碱变压器2.1，并按照弃风限电的功率运行氯碱变压器2.1的输出功率。

氯碱制取单元2包括依次连通设置的原盐储罐2.3、精盐制备系统2.4、精盐水储罐2.5和电解槽2.6；通过输送装置将原盐储罐2.3内的原盐输送到精盐制备系统2.4内，通过精盐制备系统2.4对原盐进行处理后得到的精盐水送入精盐水储罐2.5内，以供电解槽2.6使用，精盐制备系统2.4采用与现有技术的盐水精制工艺对应的设备，盐水精制是将原盐水中的有害物质通过特定工艺技术除掉以达到电解槽2.6的使用要求，其中特定工艺包括陶瓷膜法盐水处理、凯膜过滤技术等，由于是本领域技术人员公知的现有技术，因此对精盐制备系统2.4的具体结构在此不再赘述；精盐水经电解槽2.6电解生成主要成分是氢氧化钠电解液、氯气和氢气三种物质；电解食盐水可以采用离子膜法制碱，用于氯碱工业的离子交换膜，是一种耐腐蚀的阳离子交换膜，离子交换膜主要类型有全氟羧酸膜、全氟磺酸膜、全氟羧酸/磺酸复合膜，除了离子交换膜法还可以采用隔膜法；电解槽2.6的阴极氢气出口与氢气洗涤干燥装置2.7的进气口连通，氢气洗涤干燥装置2.7的排气口与氢气储罐2.8的进口连通，氢气洗涤干燥装置2.7包括连通设置的氢气洗涤塔2.71和氢气干燥器2.72，电解产生的氢气和氯气中含有盐雾杂质和水蒸汽，会对后续设备造成强烈的腐蚀，通常需要对电解产生的氢气和氯气分别进行除杂、降温干燥处理；通过氢气洗涤塔2.71对杂质进行去除，同时对氢气进行降温；低温氢气进入氢气干燥器2.72后进行干燥处理，经处理后的氢气罗茨鼓风机抽送至氢气储罐2.8内储存，氢气洗涤塔2.71和氢气干燥器2.72为现有设备，具体在此结构不再赘述，氢气储罐2.8与氢气用户7相连，氢气储罐2.8内的部分氢气可以供用户使用；电解槽2.6的阳极氯气出口与氯气冷却干燥装置2.10的进气口连通，氯气冷却干燥装置2.10的排气口与氯气储罐2.11的进口连通，氯气冷却干燥装置2.10包括连通设置的氯气洗涤塔2.101和氯气干燥罐2.102，通过氯气洗涤塔2.101对杂质进行去除，同时对氯气进行降温；低温氯气进入氯气干燥罐2.102后进行干燥处理，通过浓硫酸进行干燥，除去夹带的酸雾后的氯气经氯压机压缩后进入氯气储罐2.11内储存，氯气洗涤塔2.101、氯气干燥技术和氯压机为现有技术，具体在此不再赘述，氯气储罐2.11与氯气用户6相连，氯气储罐2.11内的部分氯气可以供氯气用户6使用；氯碱制取单元2的氢气储罐2.8和氯气储罐2.11为盐酸制取单元3提供氢气与氯气以制取盐酸；电解槽2.6的电解液出口与碱液储存罐2.13的进口连通，电解产生的碱液送入碱液储存罐2.13内存储，碱液储存罐2.13的出口与碱液蒸煮装置2.14的进口相连，碱液蒸煮装置2.14对碱液进行加热使水分蒸发冷却得到固碱，在现有蒸煮设备中，碱液蒸煮装置2.14可以采用蒸煮锅，也可以采用升膜蒸发器和降膜蒸发器的结合；碱液蒸煮装置2.14的出口与固碱储存装置2.15相连，将得到的固碱存储在固碱储存装置2.15内；碱液储存罐2.13与固碱储存装置2.15分别与烧碱用户5相连，供用户使用；盐酸制取单元3包括依次连通设置的合成炉3.1、冷却水槽3.2、氯化氢冷却器3.3、降膜吸收器3.4、盐酸液封罐3.5和盐酸储存装置3.6；氢气储罐2.8的出口通过氢气管路阻火器2.9与合成炉3.1的氢气进气口连通，氯气储罐2.11的出口通过氯气管路阻火器2.12与合成炉3.1的氯气进气口连通；氢气管路阻火器2.9能够防止氢气回流，氯气管路阻火器2.12能够防止氯气回流，保证系统安全；通入合成炉3.1内的氯气与氢气发生反应生产氯化氢气体，氯化氢气体自合成炉3.1的炉顶排除，依次经过冷却水槽3.2、氯化氢冷却器3.3进行冷却，氯化氢气体温度下降50℃，冷却后的氯化氢气体进入降膜吸收器3.4处理产生稀盐酸，流入盐酸液封罐3.5，并最终送至盐酸储存装置3.6，便于供盐酸用户8使用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种利用风电电能制取氢气、氯气、烧碱及盐酸合成系统，其特征在于，其包括风力发电单元、氯碱制取单元、盐酸制取单元和配电网；所述风力发电单元的输出端与所述配电网的输入端电连接；所述氯碱制取单元包括氯碱变压器、整流逆变器和依次连通设置的原盐储罐、精盐制备系统、精盐水储罐和电解槽；所述配电网的输出端与所述氯碱变压器的输入端电连接，所述氯碱变压器的输出端通过所述整流逆变器与所述氯碱制取单元的用电设备电连接；所述电解槽的阴极氢气出口与氢气洗涤干燥装置的进气口连通，所述氢气洗涤干燥装置的排气口与氢气储罐的进口连通；所述电解槽的阳极氯气出口与氯气冷却干燥装置的进气口连通，所述氯气冷却干燥装置的排气口与氯气储罐的进口连通；所述电解槽的电解液出口与碱液储存罐的进口连通；所述盐酸制取单元包括依次连通设置的合成炉、冷却水槽、氯化氢冷却器、降膜吸收器、盐酸液封罐和盐酸储存装置；所述氢气储罐的出口与所述合成炉的氢气进气口连通，所述氯气储罐的出口与所述合成炉的氯气进气口连通。

2.根据权利要求1所述的一种利用风电电能制取氢气、氯气、烧碱及盐酸合成系统，其特征在于，其还包括碱液蒸煮装置和固碱储存装置；所述碱液储存罐的出口与所述碱液蒸煮装置的进口连通，所述碱液蒸煮装置的出口与所述固碱储存装置的进口连通。

3.根据权利要求1所述的一种利用风电电能制取氢气、氯气、烧碱及盐酸合成系统，其特征在于，所述氢气储罐的出口与所述合成炉的氢气进气口之间的管路上装设有氢气管路阻火器，所述氯气储罐的出口与所述合成炉的氯气进气口之间的管路上装设有氯气管路阻火器。