CN218710910U - 一种水电解制氢的安全环保气液处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，该装置包括：N个电解槽：每个电解槽设有供氢气与电解液混合物流出的氢侧出口，以及供氧气与电解液混合物流出的氧侧出口，N为不小于1的正整数；氧侧气液分离器：其侧壁设有连接所述氧侧出口的氧气/电解液混相进料口；氢侧气液分离器：其侧壁设有连接所述氢侧出口的氢气/电解液混相进料口；所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器相互独立，且两者的底部液相出口还分别通过电解液管道返回连接所述电解槽。与现有技术相比，本实用新型实现了氢侧和氧侧相对独立地各自气液处理，避免了现有分离流程氢气和氧气可能互串导致的潜在安全风险等。

Description

一种水电解制氢的安全环保气液处理装置

技术领域

本实用新型属于水电解制氢的气液处理技术领域，涉及一种水电解制氢的安全环保气液处理装置。

背景技术

水电解制氢电解槽氢气侧出口压力和氧气侧出口压力只允许较小的差值。目前采用氢侧气液分离器和氧侧气液分离器底部连通，通过氢侧或氧侧气水分离器顶部出口控制阀来控制两侧液位差的方案，来反映两侧压力差。当压力控制不当时，该方案连通线的存在为氢气和氧气的互串提供了通道，且液位、压力相互影响，实际测定值波动范围较大。

水电解制氢产生的多余热量通过电解液循环取热方式移出。目前氢侧气液分离器和氧侧气液分离器底部电解液合并后进电解液循环泵，存在一定的氢气和氧气的互串的风险。泵出口循环电解液管线上既无流量自控措施，也没有对各电解槽进行流量分配的自控措施，对电解槽出口温度也缺乏控制措施。

水电解制氢氢侧气水分离器和氧侧气水分离器底部的冷凝水，目前作为生产废水排出，不仅浪费了冷凝水，也增加了排污成本。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了提供一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，实现了氢侧和氧侧相对独立地各自气液处理，避免了现有分离流程氢气和氧气可能互串导致的潜在安全风险等。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，包括：

N个电解槽：每个电解槽设有供氢气与电解液混合物流出的氢侧出口，以及供氧气与电解液混合物流出的氧侧出口，N为不小于1的正整数；

氧侧气液分离器：其侧壁设有连接所述氧侧出口的氧气/电解液混相进料口；

氢侧气液分离器：其侧壁设有连接所述氢侧出口的氢气/电解液混相进料口；

所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器相互独立，且两者的底部液相出口还分别通过电解液管道返回连接所述电解槽。

进一步的，N(N≥1)个电解槽氢侧的氢气和电解液混合物从氢侧出口排出后合并，再进入氢侧气液分离器分离，氧侧的氧气和电解液混合物从氧侧出口排出后合并，再进入氧侧气液分离器分离，气液分离器混相进料，在两侧气液分离器中各自进行气液分离。

进一步的，所述的氢侧气液分离器与氧侧气液分离器的底部无连通管线。

进一步的，所述氢侧气液分离器与氧侧气液分离器的侧部还分别设有一原料水进料口，利用原料水进料口送入的纯水来分别控制氢侧气液分离器与氧侧气液分离器的液位，且氢侧与氧侧的液位互不干扰。

进一步的，所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器的顶部气相出口所连接的顶部管线上还分别设有一独立的压控阀，使得氢侧气液分离器和氧侧气液分离器的压力控制，既能各自单独控制，又能满足两侧压差设定范围值的要求。具体的，可在氢侧气液分离器或氧侧气液分离器顶部压力上设定压力值，并在另一侧气液分离器设定压力差控制值，可实现两侧气液分离器顶部的压差控制。

进一步的，所述氧侧气液分离器与氢侧气液分离器的顶部气相出口均分别依次连接冷凝器与气水分离器，所述气水分离器的底部还分别返回连接同侧的氧侧气液分离器或氢侧气液分离器。

更进一步的，所述气水分离器所处位置满足：其高于同侧的氧侧气液分离器或氢侧气液分离器，可以使得两侧气水分离器底部的冷凝水通过位差自流到两侧的气液分离器，回收两侧冷凝水。

更进一步的，所述气水分离器的底部与氧侧气液分离器或氢侧气液分离器的连接管线上还设有调节阀，分别维持两侧气水分离器液位，防止两侧气液分离器顶气相线短路。

更进一步的，所述气水分离器的底部与氧侧气液分离器或氢侧气液分离器的连接管线上也可以设有水封结构，防止两侧气液分离器顶气相线短路。

进一步的，所述氧侧气液分离器和氢侧气液分离器底部液相出口所连接的电解液管道上还分别设有泵进口止回阀，且两路电解液管道合并后通过一电解液循环泵连接所述电解槽，这样，可以进一步防止两侧氢气和氧气的互串。此外，电解液循环泵采用变频设计，灵活适应较大的操作弹性。

进一步的，所述氧侧气液分离器和氢侧气液分离器底部液相出口所连接的电解液管道上分别设置一氧侧电解液循环泵和氢侧电解液循环泵，再返回连接所述电解槽，这样，也可以进一步防止两侧氢气和氧气的互串，实现氢侧和氧侧的本质安全。两侧电解液循环泵均采用变频设计，灵活适应较大的操作弹性。

进一步的，所述氧侧气液分离器、所述氢侧气液分离器的电解液管道与电解槽之间还设有电解液冷却器。具体的，电解液冷却器接入循环冷却线中，并通过循环冷却水线上的调节阀调节电解液冷却器电解液出口温度。

进一步的，所述氧侧气液分离器、所述氢侧气液分离器的电解液管道上还分别设有流量控制阀，且所述流量控制阀分别与所述电解槽上氧侧出口和氢侧出口所排出物料的温度进行串级调节，可实现各电解槽有不同的处理量的工况。

本实用新型的技术方案之二提供了一种水电解制氢的安全环保气液处理工艺，其基于如上所述的安全环保气液处理装置，该工艺包括以下步骤：

(1)电解槽氧侧中产生的氧气与电解液的混合物从氧侧出口流出合并后，送入氧侧气液分离器中进行气液分离，氧侧气液分离器顶部含饱和水的氧气经冷凝后进入氧侧的气水分离器中继续进行气水分离，所得氧气经位于氧侧的气水分离器顶部设置的压控阀后，至下一工序，所得冷凝水则返回至氧侧气液分离器，氧侧气液分离器底部液相经升压、冷却后，返回电解槽；

(2)电解槽氢侧中产生的氢气与电解液的混合物从氢侧出口流出合并后，送入氢侧气液分离器中进行气液分离，氢侧气液分离器顶部含饱和水的氢气经冷凝后进入氢侧的气水分离器中继续进行气水分离，所得氢气经位于氢侧的气水分离器顶部设置的压控阀后，至下一工序，所得冷凝水则返回至氢侧气液分离器，氢侧气液分离器底部液相经升压、冷却后，返回电解槽；

上述步骤(1)和步骤(2)处理过程中，氢侧气液分离器和氧侧气液分离器的液位与压力独立调节。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)氢侧气液分离器和氧侧气液分离器的底部取消连通线，两侧分别设置循环电解液泵，或设置单台泵时在泵入口设置止回阀，避免氢气和氧气可能互串导致的潜在安全风险，从流程上保证了更为安全。

2)氢侧气液分离器和氧侧气液分离器的液位独立调节，互不干扰，自动控制更容易实现，操作更平稳。

3)氢侧气液分离器和氧侧气液分离器的压力独立调节，并能满足两侧差压值的设定，自动控制更容易实现，操作更平稳。

4)气水分离器底部的冷凝水回收，消除废水排放，更为环保。

5)电解液循环泵设置变频，可以更好的适应处理量的变化，更节省电耗。

6)返回各电解槽的循环电解液量可根据制氢量进行自控调节，同时串接各电解槽氢侧或氧侧出口温度的控制，操作更为平稳。

附图说明

图1是本实用新型的安全环保气液处理装置的结构示意图。

图2是图1将氧侧温度控制改用氢侧温度控制实现。

图3是图1将氢侧和氧侧共2组电解液循环泵用1组电解液循环泵实现。

图4是图2将氢侧和氧侧共2组电解液循环泵用1组电解液循环泵实现。

图5是图1将氢侧和氧侧气水分离器液控阀采用水封液位控制实现。

图6是图2将氢侧和氧侧气水分离器液控阀采用水封液位控制实现。

图7是图3将氢侧和氧侧气水分离器液控阀采用水封液位控制实现。

图8是图4将氢侧和氧侧气水分离器液控阀采用水封液位控制实现。

图中示例：

1-电解槽；2-氧侧气液分离器；3-氧侧冷凝器；4-氧侧气水分离器；5-氧侧电解液循环泵；6-电解液冷却器；7-氢侧气液分离器；8-氢侧冷凝器；9-氢侧气水分离器；10-氢侧电解液循环泵；11电解液循环泵；12a-氧侧气液分离器液控阀；12b-氧侧气水分离器液控阀；12c-氧气压控阀；12d-电解液冷却器温控阀；12e-电解液流控阀；12f-氢侧气液分离器液控阀；12g-氢侧气水分离器液控阀；12h-氢气压控阀；13a-氧侧电解液循环泵变频控制流量；13b-氢侧电解液循环泵变频控制流量；13c-电解液循环泵变频控制流量；14a-氧侧电解液管线止回阀；14b-氢侧电解液管线止回阀；14c-循环电解液分支管线止回阀；15a-氧侧气水分离器水封；15b-氢侧气水分离器水封。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或结构。

为了实现了氢侧和氧侧相对独立地各自气液处理，避免了现有分离流程氢气和氧气可能互串导致的潜在安全风险等，本实用新型提供了一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，其结构可参见图1至图8等所示，包括：

N个电解槽：每个电解槽设有供氢气与电解液混合物流出的氢侧出口，以及供氧气与电解液混合物流出的氧侧出口，N为不小于1的正整数；

氧侧气液分离器：其侧壁设有连接所述氧侧出口的氧气/电解液混相进料口；

氢侧气液分离器：其侧壁设有连接所述氢侧出口的氢气/电解液混相进料口；

所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器相互独立，且两者的底部液相出口还分别通过电解液管道返回连接所述电解槽。

在一些具体的实施方式中，请再参见图1等所示，N(N≥1)个电解槽氢侧的氢气和电解液混合物从氢侧出口排出后合并，再进入氢侧气液分离器分离，氧侧的氧气和电解液混合物从氧侧出口排出后合并，再进入氧侧气液分离器分离，气液分离器混相进料，在两侧气液分离器中各自进行气液分离。

在一些具体的实施方式中，所述的氢侧气液分离器与氧侧气液分离器的底部无连通管线。

在一些具体的实施方式中，所述氢侧气液分离器与氧侧气液分离器的侧部还分别设有一原料水进料口，利用原料水进料口送入的纯水来分别控制氢侧气液分离器与氧侧气液分离器的液位，且氢侧与氧侧的液位互不干扰。

在一些具体的实施方式中，所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器的顶部气相出口所连接的顶部管线上还分别设有一独立的压控阀，使得氢侧气液分离器和氧侧气液分离器的压力控制，既能各自单独控制，又能满足两侧压差设定范围值的要求。具体的，可在氢侧气液分离器或氧侧气液分离器顶部压力上设定压力值，并在另一侧气液分离器设定压力差控制值，可实现两侧气液分离器顶部的压差控制。

在一些具体的实施方式中，所述氧侧气液分离器与氢侧气液分离器的顶部气相出口均分别依次连接冷凝器与气水分离器，所述气水分离器的底部还分别返回连接同侧的氧侧气液分离器或氢侧气液分离器。

更进一步的，所述气水分离器所处位置满足：其高于同侧的氧侧气液分离器或氢侧气液分离器，可以使得两侧气水分离器底部的冷凝水通过位差自流到两侧的气液分离器，回收两侧冷凝水。

更进一步的，所述气水分离器的底部与氧侧气液分离器或氢侧气液分离器的连接管线上还设有调节阀，分别维持两侧气水分离器液位，防止两侧气液分离器顶气相线短路。

更进一步的，所述气水分离器的底部与氧侧气液分离器或氢侧气液分离器的连接管线上也可以设有水封结构，防止两侧气液分离器顶气相线短路。

在一些具体的实施方式中，所述氧侧气液分离器和氢侧气液分离器底部液相出口所连接的电解液管道上还分别设有泵进口止回阀，且两路电解液管道合并后通过一电解液循环泵连接所述电解槽，这样，可以进一步防止两侧氢气和氧气的互串。此外，电解液循环泵采用变频设计，灵活适应较大的操作弹性。

在一些具体的实施方式中，所述氧侧气液分离器和氢侧气液分离器底部液相出口所连接的电解液管道上分别设置一氧侧电解液循环泵和氢侧电解液循环泵，再返回连接所述电解槽，这样，也可以进一步防止两侧氢气和氧气的互串，实现氢侧和氧侧的本质安全。两侧电解液循环泵均采用变频设计，灵活适应较大的操作弹性。

在一些具体的实施方式中，所述氧侧气液分离器、所述氢侧气液分离器的电解液管道与电解槽之间还设有电解液冷却器。具体的，电解液冷却器接入循环冷却线中，并通过循环冷却水线上的调节阀调节电解液冷却器电解液出口温度。

在一些具体的实施方式中，所述氧侧气液分离器、所述氢侧气液分离器的电解液管道上还分别设有流量控制阀，且所述流量控制阀分别与所述电解槽上氧侧出口和氢侧出口所排出物料的温度进行串级调节，可实现各电解槽有不同的处理量的工况

以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。

下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更详细的说明。

实施例1

请参阅图1，本实用新型提供一种方案：一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，包括电解槽1、氧侧气液分离器2、氧侧冷凝器3、氧侧气水分离器4、氧侧电解液循环泵5、电解液冷却器6、氢侧气液分离器7、氢侧冷凝器8、氢侧气水分离器9、氢侧电解液循环泵10、氧侧气液分离器液控阀12a、氧侧气水分离器液控阀12b、氧气压控阀12c、电解液冷却器温控阀12d、电解液流控阀12e、氢侧气液分离器液控阀12f、氢侧气水分离器液控阀12g、氢气压控阀12h、氧侧电解液循环泵变频控制流量13a、氢侧电解液循环泵变频控制流量13b、氧侧电解液管线止回阀14a；氢侧电解液管线止回阀14b；循环电解液分支管线止回阀14c。

所有电解槽1的正极出口管道(即氧侧出口)合并后连接氧侧气液分离器2，从电解槽1来的氧气与电解液混合物合并后进入氧侧气液分离器2进行气液分离。氧侧气液分离器2顶部含饱和水的氧气经氧侧冷凝器3冷凝后进入氧侧气水分离器4进行气水分离。氧侧气水分离器4顶部分离的氧气经氧气压控阀12c后至下一工序，底部冷凝水管道设有氧侧气水分离器液控阀12b，用于控制液位，底部冷凝水通过氧侧气水分离器液控阀12b返回氧侧气液分离器2。氧侧气液分离器2补水管道上设有氧侧气液分离器液控阀12a。氧侧气液分离器2底部的液相经氧侧电解液循环泵5升压，与氢侧循环电解液合并，经电解液冷却器6冷却后，返回各个电解槽。

所有电解槽1负极出口管道(即氢侧出口)合并后连接氢侧气液分离器7，所有电解槽1来的氢气与电解液混合物合并后进入氢侧气液分离器7进行气液分离。氢侧气液分离器7顶部含饱和水的氢气经氢侧冷凝器8冷凝后进入氢侧气水分离器9进行气水分离。氢侧气水分离器9顶部分离的氢气经氢气压控阀12h后至下一工序，底部冷凝水管道设有氢侧气水分离器液控阀12g，用于控制液位，底部冷凝水通过氢侧气水分离器液控阀12g返回氢侧气液分离器7。氢侧气液分离器7补水管道上设有氢侧气液分离器液控阀12f。氢侧气液分离器7底部的液相经氢侧电解液循环泵10升压，与氧侧循环电解液合并，经电解液冷却器6冷却后，返回各个电解槽1。

氧侧电解液循环泵5和氢侧电解液循环泵10出口、循环电解液返回各电解槽的分支管线上分别设置有氧侧电解液管线止回阀14a、氢侧电解液管线止回阀14b、循环电解液分支管线止回阀14c，可防止非正常操作工况下氢氧侧气体的互串。

氧侧电解液循环泵5和氢侧电解液循环泵10分别设置变频，分别为氧侧电解液循环泵变频控制流量13a、氢侧电解液循环泵变频控制流量13b，可分别调节两侧泵出口流量。电解液冷却器6冷侧设有电解液冷却器温控阀12d，用于调节控制出口电解液温度。返回电解槽1的各路循环电解液管道上分别设有电解液流控阀12e，流量与电解槽1出口氧侧物料温度进行串级调节，或流量与电解槽1出口氢侧物料温度进行串级调节，参阅图2。

实施例2

请参阅图3和图7等，本实用新型提供一种方案：一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，包括电解槽1、氧侧气液分离器2、氧侧冷凝器3、氧侧气水分离器4、电解液冷却器6、氢侧气液分离器7、氢侧冷凝器8、氢侧气水分离器9、电解液循环泵11、氧侧气液分离器液控阀12a、氧侧气水分离器液控阀12b、氧气压控阀12c、电解液冷却器温控阀12d、电解液流控阀12e、氢侧气液分离器液控阀12f、氢侧气水分离器液控阀12g、氢气压控阀12h、电解液循环泵变频控制流量13c、氧侧电解液管线止回阀14a、氢侧电解液管线止回阀14b、氧侧气水分离器水封15a、氢侧气水分离器水封15b。

所有电解槽1正极出口管道合并后连接氧侧气液分离器2，所述所有电解槽1来的氧气与电解液混合物合并后进入氧侧气液分离器2进行气液分离。氧侧气液分离器2顶部含饱和水的氧气经氧侧冷凝器3冷凝后进入氧侧气水分离器4进行气水分离。氧侧气水分离器4顶部分离的氧气经氧气压控阀12c后至下一工序，底部冷凝水管道设有氧侧气水分离器液控阀12b，用于控制液位，底部冷凝水通过氧侧气水分离器液控阀12b返回氧侧气液分离器2。氧侧气液分离器2补水管道上设有氧侧气液分离器液控阀12a。氧侧气液分离器2底部液相管线设有氧侧电解液管线止回阀14a，氧侧电解液与氢侧电解液合并后，经电解液循环泵11升压，并经电解液冷却器6冷却后，返回各个电解槽1。

所有电解槽1负极出口管道合并后连接氢侧气液分离器7，从所有电解槽1来的氢气与电解液混合物合并后进入氢侧气液分离器7进行气液分离。氢侧气液分离器7顶部含饱和水的氢气经氢侧冷凝器8冷凝后进入氢侧气水分离器9进行气水分离。氢侧气水分离器9顶部分离的氢气经氢气压控阀12h后至下一工序，底部冷凝水管道设有氢侧气水分离器液控阀12g，用于控制液位，底部冷凝水通过氢侧气水分离器液控阀12g返回氢侧气液分离器7。氢侧气液分离器7补水管道上设有氢侧气液分离器液控阀12f。氢侧气液分离器7底部液相管线设有氢侧电解液管线止回阀14b，氢侧电解液与氧侧电解液合并后，经电解液循环泵11升压，并经电解液冷却器6冷却后，返回各个电解槽1。

电解液循环泵11氢氧侧入口、循环电解液返回各电解槽的分支管线上分别设置有氧侧电解液管线止回阀14a、氢侧电解液管线止回阀14b、循环电解液分支管线止回阀14c，可防止非正常操作工况下氢氧侧气体的互串。

电解液循环泵11设置变频，即电解液循环泵变频控制流量13c，调节泵出口流量。电解液冷却器6冷侧设有电解液冷却器温控阀12d，用于调节控制出口电解液温度。返回电解槽1的各路循环电解液管道上分别设有电解液流控阀12e，流量与电解槽1出口氧侧物料温度进行串级调节，或流量与电解槽1出口氢侧物料温度进行串级调节，参阅图4等。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，其特征在于，包括：

N个电解槽：每个电解槽设有供氢气与电解液混合物流出的氢侧出口，以及供氧气与电解液混合物流出的氧侧出口，N为不小于1的正整数；

氧侧气液分离器：其侧壁设有连接所述氧侧出口的氧气/电解液混相进料口；

氢侧气液分离器：其侧壁设有连接所述氢侧出口的氢气/电解液混相进料口；

所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器相互独立，且两者的底部液相出口还分别通过电解液管道返回连接所述电解槽。

2.根据权利要求1所述的一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，其特征在于，所述的氢侧气液分离器与氧侧气液分离器的底部无连通管线。

3.根据权利要求1所述的一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，其特征在于，所述氢侧气液分离器与氧侧气液分离器的侧部还分别设有一原料水进料口。

4.根据权利要求1所述的一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，其特征在于，所述氧侧气液分离器与所述氢侧气液分离器的顶部气相出口所连接的顶部管线上还分别设有独立的压控阀。

5.根据权利要求1所述的一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，其特征在于，所述氧侧气液分离器与氢侧气液分离器的顶部气相出口均分别依次连接冷凝器与气水分离器，所述气水分离器的底部还分别返回连接同侧的氧侧气液分离器或氢侧气液分离器。

6.根据权利要求5所述的一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，其特征在于，所述气水分离器所处位置满足：其高于同侧的氧侧气液分离器或氢侧气液分离器。

7.根据权利要求5所述的一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，其特征在于，所述气水分离器的底部与氧侧气液分离器或氢侧气液分离器的连接管线上设有调节阀；

或所述气水分离器的底部与氧侧气液分离器或氢侧气液分离器的连接管线上设有水封结构。

8.根据权利要求1所述的一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，其特征在于，所述氧侧气液分离器和氢侧气液分离器底部液相出口所连接的电解液管道上还分别设有泵进口止回阀，且两路电解液管道合并后通过一电解液循环泵连接所述电解槽；

或所述氧侧气液分离器和氢侧气液分离器底部液相出口所连接的电解液管道上分别设置一氧侧电解液循环泵和氢侧电解液循环泵，再返回连接所述电解槽。

9.根据权利要求1所述的一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，其特征在于，所述氧侧气液分离器、所述氢侧气液分离器的电解液管道与电解槽之间还设有电解液冷却器。

10.根据权利要求1所述的一种水电解制氢的安全环保气液处理装置，其特征在于，所述氧侧气液分离器、所述氢侧气液分离器的电解液管道上还分别设有流量控制阀，且所述流量控制阀分别与所述电解槽上氧侧出口和氢侧出口所排出物料的温度进行串级调节。

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