CN215404564U - 一种氢气制备及纯化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种氢气制备及纯化装置，所述装置包括依次连接的电解水单元、预纯化单元、吸附‑解吸单元和压缩单元。本实用新型所述装置采用不同的组合单元，依次进行水的电解、氢气除杂以及吸附提纯，实现了绿氢的制备，解吸后氢气纯度可达到99.9999％以上；所述装置结构简单，降低了氢气的运输难度，无需高压储运，不受运输半径限制，可有效降低氢气制备和运输成本。

Description

一种氢气制备及纯化装置

技术领域

本实用新型属于新能源技术领域，涉及一种氢气制备及纯化装置。

背景技术

近年来，氢气作为一种洁净高效的二次能源载体，具有清洁、无污染、效率高、应用形式多等优点，而且能够缓解当前化石能源所带来的环境污染和温室效应等重大问题，因此，氢能作为21世纪最具发展潜力的能源载体之一得到了广泛认可。氢燃料电池汽车是氢能产业的重要应用领域，相比传统燃油、天然气汽车，具有无污染的优势；相比电动汽车，具有高续航、加注时间短的优势，由此决定了氢燃料电池汽车有望成为交通领域新的发展趋势。

氢气作为氢燃料电池最重要的原料，国际上对氢气分类包括灰氢、蓝氢和绿氢，灰氢是石化燃料制氢，如石油天然气、煤炭制氢，C-H键脱开就有碳排放；蓝氢是指使用石化燃料制氢，同时使用碳捕集和碳封存；绿氢是可再生能源，如风电、水电、太阳能等制氢，制氢过程完全没有碳排放。然而目前氢气的制备使用较多的仍是石化燃料，属于灰氢的范畴，所得氢气中杂质含量高，影响电池效率和寿命，同时氢气的应用还存在运输成本高等问题。

CN 108147365A公开了一种氢气分离及纯化的方法，该氢气纯化材料为合金材料粉末，将该合金材料置于含氢气的气氛中进行氢气吸附，然后将吸附氢气后的合金材料进行氢气脱附和氢气收集；合金材料由稀土元素与其它金属元素组成，该合金中的稀土元素含量为30～95wt％，该方法通过对氢气进行选择性吸附来进行提纯，但该方法的重点在于氢气吸附剂种类的选择以及吸附条件，并未涉及氢气的制备以及应用问题，且纯化处理也只采用了吸附-解吸这一种方式。

CN 206692740U公开了一种电解水制氢收集器，包括原料水罐，原料水罐的顶部设有进水管，原料水罐的出水口连接至电解槽，电解槽的出气口与分离罐相连接，分离罐的氢气出口连接至洗涤罐，洗涤罐与脱水柱相连接，脱水柱的出气口连接至过滤器，过滤器的出气口与纯化器相连接，纯化器与氢气储存装置相连接；所述收集器以电解水制氢，并将氢气进行洗涤、脱水、过滤、纯化等多种操作，处理过程较为复杂，涉及装置较多，且未明确可将氢气提纯到何种程度以及后续的应用。

综上所述，对于氢气的制备与提纯，尤其是绿氢，需要选择合适的装置组合，以达到优异的提纯效果，并实现氢气的强吸附，便于氢气的运输，且能够简化操作，降低成本。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种氢气制备及纯化装置，所述装置采用不同的组合装置，依次进行水的电解、氢气除杂以及吸附提纯，需要时再将氢气解吸，压缩后使用；采用该装置氢气制备及纯化效果好，氢气中杂质少，储存后运输方便，无需高压储运，极大降低了氢气的制备及运输成本。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种氢气制备及纯化装置，所述装置包括依次连接的电解水单元、预纯化单元、吸附-解吸单元和压缩单元。

本实用新型中，对于氢气的制备与纯化，依次选择电解、预纯化除杂以及吸附纯化和储存，实现了绿氢的制备，所含杂质少，纯化操作简单但效果明显，氢气需要使用时解吸释放，经压缩可用于氢燃料电池系统，或者用于其他用途；该吸附纯化操作同样降低了氢气的运输难度，无需高压储运，不受运输半径限制；所述装置结构简单，操作简便，制备成本较低。

以下作为本实用新型优选的技术方案，但不作为本实用新型提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本实用新型的技术目的和有益效果。

作为本实用新型优选的技术方案，所述电解水单元的原料水包括碱性水或纯水。

本实用新型中，电解水单元根据水源的不同可以选用碱性水电解制氢设备，也可以选用纯水电解制氢设备。

作为本实用新型优选的技术方案，所述预纯化单元包括除氧装置和除水装置，所述除氧装置和除水装置一体化设置或单独设置。

作为本实用新型优选的技术方案，所述除氧装置内装填钯触媒，所述除水装置内装填分子筛。

本实用新型中，原料水电解后被分解为氢气、氧气等，通过预纯化单元将氢气中的氧气、水蒸气等杂质去除，分别将氧气、水蒸气主要杂质浓度降低到1～5ppm，其余杂质总含量低于2ppm，预纯化单元内可以选用钯触媒除氧、分子筛除水。

作为本实用新型优选的技术方案，所述吸附-解吸单元至少设有两组，所述吸附-解吸单元并列设置。

作为本实用新型优选的技术方案，所述吸附-解吸单元的外侧连接有换热单元。

本实用新型中，经过除杂后的氢气被吸附-解吸单元储存，而吸附-解吸单元可采用一备一用的方式，并配备循环冷热水系统，或者冷却水和电加热系统，当需要使用氢气时，氢气被释放并纯化到99.9999％以上，达到车载燃料电池用氢标准，最后通过压缩机加注到车辆用氢系统。

作为本实用新型优选的技术方案，所述吸附-解吸单元内装填储氢材料，所述储氢材料包括钛锰系合金、稀土系合金或碳基材料中任意一种。

作为本实用新型优选的技术方案，所述压缩单元包括防爆压缩机，具体可选择隔膜式防爆压缩机。

作为本实用新型优选的技术方案，所述装置还包括控制单元，所述控制单元与电解水单元、预纯化单元、吸附-解吸单元和压缩单元均电连接。

作为本实用新型优选的技术方案，所述控制单元包括氢气泄露报警仪、排风设备和阀门控制器，所述氢气泄露报警仪独立地与排风设备、阀门控制器电连接。

本实用新型中，控制单元的设置，用于控制电解水单元、吸附-解吸单元的工作状态，并监测系统周边氢气浓度，并采用电线或管道与上述装置连接。

所述控制单元主要由氢气泄露报警仪、排风设备和阀门控制器组成。控制单元采用氢气泄露报警仪，全程监控装置中和装置外部的氢气含量，在氢气含量超标时报警并切断氢气系统，启动强制排风，整个装置全自动控制。

以上装置或设备均根据需要配置相应数量的手动阀、单向阀、流量控制器、压力传感器和阻火器等。其中，手动阀的作用在于保证氢气提纯装置检修维护过程中入口端氢气的安全阻断；单向阀的作用在于避免氢气提纯装置中的氢气倒灌；流量控制器用于监测和调节输入氢气提纯装置的氢气流量；压力传感器用于监测气体压力。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型所述装置采用不同的组合单元，依次进行水的电解、氢气除杂以及吸附提纯，实现了绿氢的制备，解吸后氢气纯度可达到99.9999％以上；

(2)本实用新型所述装置结构简单，降低了氢气的运输难度，无需高压储运，不受运输半径限制，可有效降低氢气制备和运输成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例1提供的氢气制备及纯化装置的结构示意图；

其中，1-电解水单元，2-预纯化单元，3-吸附-解吸单元，31-第一吸附-解吸单元，32-第二吸附-解吸单元，4-压缩单元，5-控制单元。

具体实施方式

为更好地说明本实用新型，便于理解本实用新型的技术方案，下面对本实用新型进一步详细说明，但下述的实施例仅是本实用新型的简易例子，并不代表或限制本实用新型的权利保护范围，本实用新型保护范围以权利要求书为准。

本实用新型具体实施方式部分提供了一种氢气制备及纯化装置，所述装置包括依次连接的电解水单元1、预纯化单元2、吸附-解吸单元3和压缩单元4。

以下为本实用新型典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种氢气制备及纯化装置，所述装置的结构示意图如图1所示，包括依次连接的电解水单元1、预纯化单元2、吸附-解吸单元3和压缩单元4。

所述电解水单元1的原料水为纯水。

所述预纯化单元2包括除氧装置和除水装置，所述除氧装置和除水装置单独设置。

所述除氧装置内装填钯触媒，所述除水装置内装填分子筛。

所述吸附-解吸单元3设有两组，分别为第一吸附-解吸单元31和第二吸附-解吸单元32，两者并列设置。

所述吸附-解吸单元3的外侧连接有换热单元。

所述吸附-解吸单元3内装填储氢材料，所述储氢材料为钛锰系合金。

所述压缩单元4包括隔膜式防爆压缩机。

所述装置还包括控制单元5，所述控制单元5与电解水单元1、预纯化单元2、吸附-解吸单元3和压缩单元4均电连接。

所述控制单元5包括氢气泄露报警仪、排风设备和阀门控制器，所述氢气泄露报警仪独立地与排风设备、阀门控制器电连接。

实施例2：

本实施例提供了一种氢气制备及纯化装置，所述装置包括依次连接的电解水单元1、预纯化单元2、吸附-解吸单元3和压缩单元4。

所述电解水单元1的原料水为碱性水。

所述预纯化单元2包括除氧装置和除水装置，所述除氧装置和除水装置一体化设置。

所述预纯化单元2内装填钯触媒和分子筛。

所述吸附-解吸单元3设有两组，分别为第一吸附-解吸单元31和第二吸附-解吸单元32，两者并列设置。

所述吸附-解吸单元3的外侧连接有换热单元。

所述吸附-解吸单元3内装填储氢材料，所述储氢材料为碳基材料。

所述压缩单元4包括隔膜式防爆压缩机。

所述装置还包括控制单元5，所述控制单元5与电解水单元1、预纯化单元2、吸附-解吸单元3和压缩单元4均电连接。

所述控制单元5包括氢气泄露报警仪、排风设备和阀门控制器，所述氢气泄露报警仪与排风设备、阀门控制器均电连接。

实施例3：

本实施例提供了一种氢气制备及纯化装置，所述装置包括依次连接的电解水单元1、预纯化单元2、吸附-解吸单元3和压缩单元4。

所述电解水单元1的原料水为碱性水。

所述预纯化单元2包括除氧装置和除水装置，所述除氧装置和除水装置单独设置。

所述除氧装置内装填钯基材料，所述除水装置内装填分子筛。

所述吸附-解吸单元3设有三组，三者均并列设置。

所述吸附-解吸单元3的外侧连接有换热单元。

所述吸附-解吸单元3内装填储氢材料，所述储氢材料为稀土系合金。

所述压缩单元4包括隔膜式防爆压缩机。

所述装置还包括控制单元5，所述控制单元5与电解水单元1、预纯化单元2、吸附-解吸单元3和压缩单元4均电连接。

所述控制单元5包括氢气泄露报警仪、排风设备和阀门控制器，所述氢气泄露报警仪独立地与排风设备、阀门控制器电连接。

采用上述实施例中的装置进行氢气的制备及纯化，其操作步骤包括：

原料水依次经过电解水单元1被分解为氢气、氧气等，通过预纯化单元2将氢气中的氧气、水蒸气等杂质去除，分别将氧气、水蒸气主要杂质浓度降低到1～5ppm，其余杂质总含量低于2ppm，然后经过吸附-解吸单元3将氢气储存，当需要使用氢气的时候，氢气被释放并纯化到99.9999％以上，该超纯氢气达到车载燃料电池用氢标准，最后通过压缩单元4加注到车辆用氢系统；

所述控制单元5用于控制电解水单元1、预纯化单元2、吸附-解吸单元3和压缩单元4的工作状态，并监测装置周边氢气浓度，便于随时进行自动化控制。

综合上述实施例可以看出，本实用新型所述装置采用不同的组合单元，依次进行水的电解、氢气除杂以及吸附提纯，实现了绿氢的制备，解吸后氢气纯度可达到99.9999％以上；所述装置结构简单，降低了氢气的运输难度，无需高压储运，不受运输半径限制，可有效降低氢气制备和运输成本。

申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细装置，但本实用新型并不局限于上述详细装置，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细装置才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型装置的等效替换及辅助装置的添加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.一种氢气制备及纯化装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的电解水单元、预纯化单元、吸附-解吸单元和压缩单元；

所述预纯化单元包括除氧装置和除水装置，所述除氧装置和除水装置一体化设置或单独设置；所述吸附-解吸单元内装填储氢材料。

2.根据权利要求1所述的氢气制备及纯化装置，其特征在于，所述电解水单元的原料水包括碱性水或纯水。

3.根据权利要求1所述的氢气制备及纯化装置，其特征在于，所述除氧装置内装填钯触媒，所述除水装置内装填分子筛。

4.根据权利要求1所述的氢气制备及纯化装置，其特征在于，所述吸附-解吸单元至少设有两组，所述吸附-解吸单元并列设置。

5.根据权利要求4所述的氢气制备及纯化装置，其特征在于，所述吸附-解吸单元的外侧连接有换热单元。

6.根据权利要求1所述的氢气制备及纯化装置，其特征在于，所述压缩单元包括防爆压缩机。

7.根据权利要求1所述的氢气制备及纯化装置，其特征在于，所述装置还包括控制单元，所述控制单元与电解水单元、预纯化单元、吸附-解吸单元和压缩单元均电连接。

8.根据权利要求7所述的氢气制备及纯化装置，其特征在于，所述控制单元包括氢气泄露报警仪、排风设备和阀门控制器，所述氢气泄露报警仪独立地与排风设备、阀门控制器电连接。

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