CN216997675U - 一种电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统，包括电解制氢机构、电解液换热器、循环冷却机构和过氧化氢生产机构，所述电解制氢机构通过第一管路和第二管路分别向所述过氧化氢生产机构供应氢气和氧气，所述电解制氢机构的电解液通入所述电解液换热器内与所述循环水进行换热，所述过氧化氢生产机构通过第四管路向所述循环冷却机构通入过氧化氢，所述过氧化氢用于对所述循环冷却机构消毒，通过将电解制氢机构和过氧化氢生产机构耦合连接，利用电解水制氢产生的氢气与氧气作为原料生产过氧化氢，可以有效避免利用“灰氢”生产过氧化氢过程中造成的碳排放，同时可以消纳电解水制氢过程中产生的氧气。

Description

一种电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统

技术领域

本申请涉及电解制氢技术领域，尤其涉及一种电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统。

背景技术

近年来，随着氢能产业的发展，电解水制氢逐渐成为最有潜力的大规模制氢技术。氢气同时具有工业原料和能源产品的双重属性，当以绿氢作为工业原料时，可以极大降低工业生产过程中CO2的排放量，对于促进工业脱碳意义重大。

过氧化氢是一种重要的化工产品，其广泛应用于化学合成、食品、纺织、冶金医药、造纸和环保等行业。由于其在使用过程中只产生水和氧气，因此是一种环境友好型化工产品。

过氧化氢生产原料为氢气和氧气，目前过氧化氢生产过程中所用氢气通常为来自化石燃料的“灰氢”，“灰氢”生产过程会导致二氧化碳的排放，并且在电解制氢产业中，氧气通产被作为副产物直接排放到空气中，由此造成资源的浪费。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统，通过将电解制氢机构和过氧化氢生产机构耦合连接，利用电解水制氢产生的氢气与氧气作为原料生产过氧化氢，可以有效避免利用“灰氢”生产过氧化氢过程中造成的碳排放，同时可以消纳电解水制氢过程中产生的氧气。并且传统煤制氢得到的氢气含有的CO、H2S等杂质易导致催化剂中毒，电解水制氢可以有效避免这一问题，在电解水制氢过程中会产生余热，可以通过电解液换热器为过氧化氢合成提供需要的温度，通过循环冷却机构进行循环，提高了整个系统的能量转换效率，循环冷却系统需要定期投加消毒剂，过氧化氢生产机构产生的过氧化氢可作为消毒剂使用，可减少外购消毒剂带来的成本。

为达到上述目的，本申请提出的一种电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统，包括电解制氢机构、电解液换热器、循环冷却机构和过氧化氢生产机构，所述电解制氢机构通过第一管路和第二管路分别向所述过氧化氢生产机构供应氢气和氧气，所述循环冷却机构通过第三管路依次连接所述电解制氢机构、所述电解液换热器和所述过氧化氢机构形成循环回路，所述循环冷却机构的循环水依次经过所述电解制氢机构、电解液换热器和过氧化氢生产机构，所述电解制氢机构的电解液通入所述电解液换热器内与所述循环水进行换热，所述过氧化氢生产机构通过第四管路向所述循环冷却机构通入过氧化氢，所述过氧化氢用于对所述循环冷却机构消毒。

进一步地，所述过氧化氢生产机构包括通过管路依次连接的工作液调温器、氢化单元、氧化单元和萃取单元，所述萃取单元还通过回流管路和所述工作液调温器连接以对工作液进行循环回流，所述工作液调温器的出口端通过所述第三管路和所述循环冷却机构连接，所述工作液调温器的进口端通过第三管路和所述电解液换热器连接。

进一步地，所述过氧化氢生产机构还包括净化单元，所述净化单元通过管路和所述萃取单元连接，所述净化单元通过所述第四管路和所述循环冷却机构连接以向所述循环冷却机构通入过氧化氢。

进一步地，所述电解水制氢机构包括通过管路依次连接的电解槽、气液分离器和气体冷却器，所述气体冷却器的进口端通过第三管路和所述循环冷却机构连接，所述气体冷却器的出口端通过第三管路和所述电解液换热器连接，所述气液分离器、所述电解液换热器和所述电解槽通过管路首尾连接以对所述电解液循环利用。

进一步地，所述电解水制氢机构还包括水雾捕滴器，所述水雾捕滴器通过管路和所述气体冷却器连接，所述水雾捕滴器通过所述第一管路所述氢化单元连接以对所述氢化单元供应氢气，所述水雾捕滴器通过所述第二管路所述氧化单元连接以对所述氧化单元供应氧气。

进一步地，所述水雾捕滴器还设置有外接管路，所述外接管路用于外联储氢罐。

进一步地，还包括纯水预热机构，所述纯水预热机构进水端通过管路和所述电解液换热器连接，所述纯水预热机构的出水端通过管路和所述循环冷却机构连接，所述纯水预热机构用于通入所述循环水以对纯水进行预热，所述纯水预热机构还和所述萃取单元连接以向所述萃取单元供应纯水。

进一步地，还包括补水机构，所述补水机构进口端通入纯水，所述补水机构的出口端和所述电解槽连接。

进一步地，所述氢化单元包括相互连接的溶氢设备和反应器，所述溶氢设备用于对所述工作液调温器流出的工作溶液和氢气混合溶解得到溶氢物流，所述反应器用于对所述溶氢物流进行催化进行氢化反应。

进一步地，所述反应器包括固定床反应器、流化床反应器或管式反应器的其中一种。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请一实施例提出的一种电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1是本申请一实施例提出的一种电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统的结构示意图。

参见图1，一种电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统，包括电解制氢机构、电解液换热器1、循环冷却机构2和过氧化氢生产机构，所述电解制氢机构通过第一管路3和第二管路4分别向所述过氧化氢生产机构供应氢气和氧气，所述循环冷却机构2通过第三管路5依次连接所述电解制氢机构、所述电解液换热器1和所述过氧化氢生产机构形成循环回路，所述循环冷却机构2的循环水依次经过所述电解制氢机构、电解液换热器1和过氧化氢生产机构，所述电解制氢机构的电解液通入所述电解液换热器1内与所述循环水进行换热，所述过氧化氢生产机构通过第四管路6向所述循环冷却机构2通入过氧化氢，所述过氧化氢用于对所述循环冷却机构2消毒。

本实施例中，第三管路5为冷却水循环管路，通过第三管路3的连接实现循环冷却机构2、气体冷却器、电解液换热器和工作液调温器的首尾连接形成循环水的循环回路，循环水不断在循环冷却机构、电解制氢机构、电解液换热器和过氧化氢生产机构之间循环流动，将电解制氢机构的废热带到过氧化氢机构中，实现对电解制氢机构产生的废热的利用，提高整个系统的能量转换效率。

电解液换热器1作为电解制氢机构和过氧化氢生产机构之间的中枢，一方面通入电解制氢机构的电解液，一方面通入过氧化氢生产机构的循环水，循环水和电解液进行换热，实现电解制氢机构废热的利用。

电解水制氢机构利用可再生能源发电电解水制氢，电解产生氢气和氧气经过纯化后氧气进入过氧化氢生产机构作为原料，一部分氢气用作过氧化氢生产原料，剩下的可作为能源进行储存与利用。此外，在电解水制氢过程中电解液换热器循环水出水可以作为热源调节过氧化氢生产过程中工作液的温度。过氧化氢生产机构产生的过氧化氢部分可用作冷却水循环机构的消毒剂，部分作为产品进行下游出售与利用。

所述过氧化氢生产机构包括通过管路依次连接的工作液调温器7、氢化单元8、氧化单元9和萃取单元10，所述萃取单元10还通过回流管路11和所述工作液调温器7连接以对工作液进行循环回流，所述工作液调温器7的出口端通过所述第三管路5和所述循环冷却机构2连接，所述工作液调温器7的进口端通过第三管路5和所述电解液换热器1连接。过氧化氢生产机构包括氢化、氧化和萃取三个反应单元。在氢化单元中，2-烷基蒽醌与有机溶剂配制成的工作溶液和电解产生的氢气分别通过液相引入管线和气相引入管线进入溶氢设备，在溶氢设备中进行混合溶解得到溶氢物流，所述溶氢设备可以为常规的管式静态混合器结构，也可以采用内部填装有扰流组件的结构，或者采用溶气泵，本申请对此不作限制。溶氢物流在反应器中在压力为0.2～0.4MPa、温度45～75℃、有催化剂存在的条件下进行氢化反应，所述反应器可以为固定床反应器、流化床反应器或管式反应器的其中一种，本申请对比不作限制。氧化单元可以为氧化塔，萃取单元可以为萃取塔，在氧化单元中，在压力为0.2～0.22MPa、40～55℃下氢化液与氧气在氧化塔中进行氧化，所述的氧化塔其内部可以为多层筛板结构、填料结构及筛板与填料组合结构中的一种或多种；得到的氧化液在萃取塔中经纯水萃取分离后得到双氧水和工作液，将得到的双氧水一部分作为循环冷却机构的消毒剂进行使用，其余则作为产品进行下游销售与使用，工作液经处理后循环使用。

所述过氧化氢生产机构还包括净化单元12，所述净化单元12通过管路和所述萃取单元10连接，所述净化单元12通过所述第四管路6和所述循环冷却机构2连接以向所述循环冷却机构2通入过氧化氢。净化单元12用于对萃取单元10产出的过氧化氢进行纯化，一部分外接管路进行存储，一部分通入循环冷却机构2进行消毒。净化单元12可以为净化塔，通常在净化塔经过重芳烃净化得到合格的过氧化氢水溶液。

所述电解水制氢机构包括通过管路依次连接的电解槽13、气液分离器14和气体冷却器15，所述气体冷却器15的进口端通过第三管路5和所述循环冷却机构2连接，所述气体冷却器15的出口端通过第三管路5和所述电解液换热器1连接，所述气液分离器14、所述电解液换热器1和所述电解槽13通过管路首尾连接以对所述电解液循环利用。电解槽13电解产出的氢气和氧气经过气液分离器的气液分离和气体冷却器的冷却，一部分供应到过氧化氢生产机构内作为原料，一部分进行储存，便于后续利用。

所述电解水制氢机构还包括水雾捕滴器16，所述水雾捕滴器16通过管路和所述气体冷却器15连接，所述水雾捕滴器16通过所述第一管路3所述氢化单元8连接以对所述氢化单元8供应氢气，所述水雾捕滴器16通过所述第二管路4所述氧化单元9连接以对所述氧化单元9供应氧气。水雾捕滴器16进一步对电解槽产出气体中的液体进行过滤，得到干燥气体方便利用，一部分供应到过氧化氢生产机构，一部分存储利用。

所述水雾捕滴器16还设置有外接管路，所述外接管路用于外联储氢罐。水雾捕滴器通过的氢气通过外接管路输送到储氢罐内，便于存储利用。

一种电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统还包括纯水预热机构17，所述纯水预热机构17进水端通过管路和所述电解液换热器1连接，所述纯水预热机构17的出水端通过管路和所述循环冷却机构2连接，所述纯水预热机构17用于通入所述循环水以对纯水进行预热，所述纯水预热机构17还和所述萃取单元10连接以向所述萃取单元供应纯水。纯水预热机构通过和电解液换热器的换热对纯水升温，升温后的纯水通入萃取单元内，便于进行过氧化氢的萃取。

一种电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统还包括补水机构18，所述补水机构18进口端通入纯水，所述补水机构18的出口端和所述电解槽13连接。补水机构18主要对电解槽进行纯水供应，实现电解槽电解水的可持续进行，具体地，补水机构可以由纯水箱、纯水泵等构成的补充电解槽消耗原水的一套装置。

所述氢化单元包括相互连接的溶氢设备和反应器，所述溶氢设备用于对所述工作液调温器流出的工作溶液和氢气混合溶解得到溶氢物流，所述反应器用于对所述溶氢物流进行催化进行氢化反应。

所述反应器包括固定床反应器、流化床反应器或管式反应器的其中一种。反应器的具体形式可以根据系统的装配需要进行选择，本申请对此不作限制。

气体冷却器的循环水出口与电解液换热器的循环水入口相连；电解液换热器的循环水出口分为两路，一路与过氧化氢生产机构中的工作液调温器循环水入口相连，一路与过氧化氢生产机构中的纯水预热机构的循环水入口相连；循环冷却机构与气体冷却器的循环水入口连接；工作液调温器和纯水预热机构与循环冷却机构相连接。循环冷却机构中的循环水进入气体冷却器对分离液体后的电解反应产物降温后进入电解液换热器与电解液进行换热，电解液温度减低后重新回到电解槽中参与电解反应；循环水温度升高后进入工作液调温器和纯水预热机构与工作液和纯水换热，换热后的循环水进入循环冷却机构，换热后的工作液与纯水温度升高，分别进入氢化反应器和萃取塔。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统，其特征在于，包括电解制氢机构、电解液换热器、循环冷却机构和过氧化氢生产机构，所述电解制氢机构通过第一管路和第二管路分别向所述过氧化氢生产机构供应氢气和氧气，所述循环冷却机构通过第三管路依次连接所述电解制氢机构、所述电解液换热器和所述过氧化氢机构形成循环回路，所述循环冷却机构的循环水依次经过所述电解制氢机构、电解液换热器和过氧化氢生产机构，所述电解制氢机构的电解液通入所述电解液换热器内与所述循环水进行换热，所述过氧化氢生产机构通过第四管路向所述循环冷却机构通入过氧化氢，所述过氧化氢用于对所述循环冷却机构消毒。

2.如权利要求1所述的电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统，其特征在于，所述过氧化氢生产机构包括通过管路依次连接的工作液调温器、氢化单元、氧化单元和萃取单元，所述萃取单元还通过回流管路和所述工作液调温器连接以对工作液进行循环回流，所述工作液调温器的出口端通过所述第三管路和所述循环冷却机构连接，所述工作液调温器的进口端通过第三管路和所述电解液换热器连接。

3.如权利要求2所述的电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统，其特征在于，所述过氧化氢生产机构还包括净化单元，所述净化单元通过管路和所述萃取单元连接，所述净化单元通过所述第四管路和所述循环冷却机构连接以向所述循环冷却机构通入过氧化氢。

4.如权利要求2所述的电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统，其特征在于，所述电解水制氢机构包括通过管路依次连接的电解槽、气液分离器和气体冷却器，所述气体冷却器的进口端通过第三管路和所述循环冷却机构连接，所述气体冷却器的出口端通过第三管路和所述电解液换热器连接，所述气液分离器、所述电解液换热器和所述电解槽通过管路首尾连接以对所述电解液循环利用。

5.如权利要求4所述的电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统，其特征在于，所述电解水制氢机构还包括水雾捕滴器，所述水雾捕滴器通过管路和所述气体冷却器连接，所述水雾捕滴器通过所述第一管路所述氢化单元连接以对所述氢化单元供应氢气，所述水雾捕滴器通过所述第二管路所述氧化单元连接以对所述氧化单元供应氧气。

6.如权利要求5所述的电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统，其特征在于，所述水雾捕滴器还设置有外接管路，所述外接管路用于外联储氢罐。

7.如权利要求2所述的电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统，其特征在于，还包括纯水预热机构，所述纯水预热机构进水端通过管路和所述电解液换热器连接，所述纯水预热机构的出水端通过管路和所述循环冷却机构连接，所述纯水预热机构用于通入所述循环水以对纯水进行预热，所述纯水预热机构还和所述萃取单元连接以向所述萃取单元供应纯水。

8.如权利要求4所述的电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统，其特征在于，还包括补水机构，所述补水机构进口端通入纯水，所述补水机构的出口端和所述电解槽连接。

9.如权利要求2所述的电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统，其特征在于，所述氢化单元包括相互连接的溶氢设备和反应器，所述溶氢设备用于对所述工作液调温器流出的工作溶液和氢气混合溶解得到溶氢物流，所述反应器用于对所述溶氢物流进行催化进行氢化反应。

10.如权利要求9所述的电解水制氢耦合过氧化氢生产的系统，其特征在于，所述反应器包括固定床反应器、流化床反应器或管式反应器的其中一种。

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