CN216785725U - 一种用于水电解制氢的脱氧反应器热量回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于水电解制氢的脱氧反应器热量回收装置，属于水电解制氢技术领域，包括热交换器，通过第一管路与后处理系统相连，用于对来自处理系统的氢气进行升温；脱氧反应器A，进口通过第二管路与热交换器的出口相连，出口通过第三管路与热交换器的进口相连，用于对升温后的氢气进行处理，并将处理后的氢气送回热交换器进行降温；冷却器A，通过第四管路与热交换器相连，用于对氢气进行冷却；气液分离罐A，通过第五管路与冷却器A相连，用于对氢气进行气液分离。本实用新型反应器进口温度提高，催化剂的可选择性将更大；反应器整体操作温度提高，加快反应速率，可减少催化剂装填量，节约投资成本。

Description

一种用于水电解制氢的脱氧反应器热量回收装置

技术领域

本实用新型涉及水电解制氢技术领域，具体是一种用于水电解制氢的脱氧反应器热量回收装置。

背景技术

水电解制氢的简化流程为：电解槽、后处理、纯化干燥、产品氢气。其中纯化干燥阶段主要功能为通过脱氧催化剂脱除粗氢中的氧气，再经过干燥剂脱除粗氢中的水，从而生产出高纯度氢气产品。传统水电解制氢产氢气量小，整个装置能耗主要集中在电解槽装置，后续系统的能量回收及装置成本这方面没有太多的关注。而随着水电解制氢规模的逐步扩大化，后续系统的耗能和成本也越来越受到重视。

传统纯化干燥装置中脱氧反应阶段的流程为：原料气粗氢来自后处理装置，进入脱氧反应器发生反应。该反应为放热反应，反应化学式为2H₂+O₂→2H₂0。设备为绝热升温反应器，反应的热量全部用来加热原料气。为了降低后续干燥系统的工作负荷，原料气反应后需经过冷却器降温以液化气体中的水分，再进入气液分离罐进行气液分离。分离后气体去干燥系统。

传统方案存在以下弊端：

1、来自后处理系统的粗氢原料气温度一般为常温，直接进入脱氧反应器进行反应，对脱氧催化剂的要求高，要求催化剂反应区间在常温即可反应；

2、反应所放热量需在冷却器中通过循环水带走，增加循环水用量，增加整个装置的公用工程能耗；

3、反应器进口温度低，造成反应器内整体温度不会很高，气体中的水分有可能会以液态小水滴的状态存在，长期累积会降低催化剂催化的效率以及寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于水电解制氢的脱氧反应器热量回收装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于水电解制氢的脱氧反应器热量回收装置，包括：

热交换器，通过第一管路与后处理系统相连，用于对来自处理系统的氢气进行升温；

脱氧反应器A，进口通过第二管路与热交换器的出口相连，出口通过第三管路与热交换器的进口相连，用于对升温后的氢气进行处理，并将处理后的氢气送回热交换器进行降温；

冷却器A，通过第四管路与热交换器相连，用于对氢气进行冷却；

气液分离罐A，通过第五管路与冷却器A相连，用于对氢气进行气液分离。

作为本实用新型的进一步技术方案，所述第四管路通过第六管路与第三管路相连。

作为本实用新型的更进一步技术方案，所述第六管路上安装有控制阀。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、反应器进口温度提高，催化剂的可选择性将更大；

2、反应器整体操作温度提高，加快反应速率，可减少催化剂装填量，节约投资成本；

3、反应器整体操作温度提升，催化剂吸水度降低，有利于保护催化剂的活性和寿命；

4、反应器出口气体经过热交换器降温后进入冷却器，气体温度相对于传统方案有所降低，冷却器的热负荷可以减小，装置能耗降低；

5、气体进冷却器温度降低，由于冷却器一般采用循环水进行冷却，这样可以避免循环水进行高温冷却时的结垢。

附图说明

图1为用于水电解制氢的脱氧反应器热量回收装置的结构示意图；

图2为现有纯化干燥装置的结构示意图。

图中：1-脱氧反应器A、2-热交换器、3-冷却器A、4-气液分离罐A、5-第一管路、6-第二管路、7-第三管路、8-第四管路、9-第五管路、10-第六管路、11-控制阀、20-脱氧反应器B、21-冷却器B、22-气液分离罐B。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实用新型实施例是这样实现的，如图1所示的用于水电解制氢的脱氧反应器热量回收装置，包括:

热交换器2，壳程进口通过第一管路5与后处理系统相连，用于对来自处理系统的氢气进行升温；

脱氧反应器A1，进口通过第二管路6与热交换器2的壳程出口相连，出口通过第三管路7与热交换器2的管程进口相连，用于对升温后的氢气进行处理，并将处理后的氢气送回冷却器A3进行降温；

冷却器A3，通过第四管路8与热交换器2相连，用于对氢气进一步进行冷却；

气液分离罐A4，通过第五管路9与冷却器A3相连，用于对氢气进行气液分离。

本实用新型在实际应用时，在传统流程上增加了热交换器2，热交换器2增加在脱氧反应器A1出口与冷却器A3之间，粗氢原料气经过热交换器2换热升温后，进入脱氧反应器A1进行反应，脱氧反应器A1出口气体经过热交换器2换热降温后再去冷却器A3，最后送至气液分离罐A4进行气液分离；通过热交换器2的增加，从而使高位热量在脱氧反应器A1和热交换器2之间进行循环，使脱氧反应器A1整体操作温度提高，加快反应速率，可减少催化剂装填量，节约投资成本；还可以降低催化剂的吸水性，有利于保护催化剂的活性和寿命；而脱氧反应器A1出口的气体通过热交换器2的冷却，变成低位热量进入冷却器A3进行进一步的冷却，这样冷却器A3的热负荷可以减小，装置能耗降低；还可以避免循环水进行高温冷却时的结垢。

如图1所示，作为本实用新型一个优选的实施例，所述第四管路8通过第六管路10与第三管路7相连，所述第六管路10上安装有控制阀11。

在本实施例的一种情况中，通过设置旁路并在旁路上设置控制阀11，方便将脱氧反应器A1放出的合适温度的氢气直接送至冷却器A3，更加实用。

将上述设备制备出成品，具体如下：

将粗氢气送入热交换器2进行处理，粗氢气和处理过程中的氢气情况具体见下表：

粗氢成分表

氢气处理表

工作原理：粗氢原料气经过热交换器2换热升温后，进入脱氧反应器A1进行反应，脱氧反应器A1出口气体经过热交换器2换热降温后再去冷却器A3和气液分离罐A4，相对现有的直接将粗氢原料气送入脱氧反应器B20，脱氧反应器B20出口气体直接送去冷却器B21和气液分离罐B22(请参阅图2)，可以使脱氧反应器A1整体操作温度提高，加快反应速率，可减少催化剂装填量，节约投资成本；还可以降低催化剂的吸水性，有利于保护催化剂的活性和寿命；脱氧反应器A1出口的气体通过热交换器2的冷却，变成低位热量进入冷却器A3进行进一步的冷却，这样冷却器A3的热负荷可以减小，装置能耗降低；还可以避免循环水进行高温冷却时的结垢。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种用于水电解制氢的脱氧反应器热量回收装置，其特征在于，包括：

热交换器，通过第一管路与后处理系统相连，用于对来自处理系统的氢气进行升温；

脱氧反应器A，进口通过第二管路与热交换器的出口相连，出口通过第三管路与热交换器的进口相连，用于对升温后的氢气进行处理，并将处理后的氢气送回热交换器进行降温；

冷却器A，通过第四管路与热交换器相连，用于对氢气进行冷却；

气液分离罐A，通过第五管路与冷却器A相连，用于对氢气进行气液分离。

2.根据权利要求1所述的用于水电解制氢的脱氧反应器热量回收装置，其特征在于，所述第四管路通过第六管路与第三管路相连。

3.根据权利要求2所述的用于水电解制氢的脱氧反应器热量回收装置，其特征在于，所述第六管路上安装有控制阀。

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