CN219586191U - 用于电解水制氢工艺的气体回收系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于工业制氢技术领域并提供一种用于电解水制氢工艺的气体回收系统，该系统包括电解槽、气体提纯机构、气体干燥机构以及氧气储罐，电解槽的阴极和阳极分别设有氢气收集管道和氧气收集管道，气体提纯机构包括自氧气收集管道接出的第一冷凝管道以及与第一冷凝管道连接的第一脱氧器，气体干燥机构包括与第一脱氧器连接的第一气体干燥器，氧气储罐的进气口与第一气体干燥器的出气管路连接。通过第一冷凝管道和第一冷却器可去使电解液蒸汽冷凝回流至电解槽内，然后通过第一脱氧器可去除阳极混合气中的氢气，进而获得高纯度的氧气，该氧气可直接应用于工业生产中，避免了收集的气体无处使用的尴尬窘境。

Description

用于电解水制氢工艺的气体回收系统

技术领域

本申请属于工业制氢技术领域，具体涉及一种用于电解水制氢工艺的气体回收系统。

背景技术

电解水制氢工艺一般指的是往电解槽中通以一定的直流电，然后通过回收设备对电解槽析出的气体进行回收和处理的过程。在现有的电解水制氢设备中，通常只包括对电解槽阴极析出氢气进行收集和提纯，而由于阳极析出的气体为氧气、电解液蒸汽以及少量氢气的混合气，使得氧气纯度达不到工业生产的使用标准，因此在实际生产中一般是将阳极析出的气体直接排放至室外。但由于阳极析出的气体夹杂着电解液蒸汽，电解液蒸汽中的碱性混合物若直接排放在空气中很容易对环境造成污染，导致环保不达标，而若将该气体回收，由于氧气的纯度不够，导致收集的气体没办法使用，因此，如何对电解槽阳极析出的气体进行处理成为本行业一个比较重要的研究课题。

实用新型内容

针对上述的缺陷或不足，本申请提供了一种用于电解水制氢工艺的气体回收系统，旨在解决现有的电解水制氢工艺中阳极析出的气体难以处理的技术问题。

为实现上述目的，本申请提供一种用于电解水制氢工艺的气体回收系统，其中用于电解水制氢工艺的气体回收系统包括电解槽、气体提纯机构、气体干燥机构以及氧气储罐，电解槽的阴极和阳极分别设有氢气收集管道和氧气收集管道，气体提纯机构包括自氧气收集管道接出的第一冷凝管道以及与第一冷凝管道连接的第一脱氧器，第一冷凝管道上设有第一冷却器，气体干燥机构包括与第一脱氧器连接的第一气体干燥器，氧气储罐的进气口与第一气体干燥器的出气管路连接。

在本申请的实施例中，气体提纯机构还包括第一气液分离器，第一气液分离器设置在第一冷凝管道和第一脱氧器之间。

在本申请的实施例中，第一气液分离器包括氧气排出管路和第一液体排出管路，氧气排出管路与第一脱氧器连通，第一液体排出管路与外界连通。

在本申请的实施例中，用于电解水制氢工艺的气体回收系统还包括冷却水泵，冷却水泵通过冷却水管与第一冷却器连接。

在本申请的实施例中，用于电解水制氢工艺的气体回收系统还包括外部窑炉，氧气储罐的出气口还设有减压阀，氧气储罐的出气口与外部窑炉连接。

在本申请的实施例中，气体提纯机构还包括自氢气收集管道接出的第二冷凝管道以及与第二冷凝管道连接的第二脱氧器，第二冷凝管道上设有第二冷却器。

在本申请的实施例中，气体提纯机构还包括第二气液分离器，第二气液分离器设置在第二冷凝管道和第二脱氧器之间。

在本申请的实施例中，第二气液分离器包括氢气排出管路和第二液体排出管路，氢气排出管路与第二脱氧器连通，第二液体排出管路与外界连通。

在本申请的实施例中，气体干燥机构还包括与第二脱氧器连接的第二气体干燥器，第二气体干燥器用于对第二脱氧器排出的氢气进行干燥。

在本申请的实施例中，用于电解水制氢工艺的气体回收系统还包括氢气储罐，氢气储罐的进气口与第二气体干燥器的出气管路可拆卸连接。

通过上述技术方案，本申请实施例所提供的用于电解水制氢工艺的气体回收系统具有如下的有益效果：

由于第一冷凝管道自氧气收集管道接出，因此电解槽阳极析出的气体会通过氧气收集管道进入至第一冷凝管道内，而电解槽阳极析出的气体为氧气、少量氢气以及电解液蒸汽的阳极混合气，当阳极混合气到达第一冷凝管道后，通过第一冷却器的预冷，可使阳极混合气的温度降低，从而使阳极混合气中电解液蒸汽冷凝成液态并顺着氧气收集管道回流至电解槽中，降低电解槽内电解液的蒸发损耗。阳极混合气在预冷处理完成后，会流至第一脱氧器内，第一脱氧器利用氢气和氧气在催化剂作用下加热可生成水的原理，使阳极混合气中夹杂的氢气被消耗掉，之后气体再经过第一气体干燥器脱水干燥后，即可获得高纯度的氧气，高纯度的氧气通过氧气储罐的储存，可直接应用至工业生产上。综上，本申请中的气体回收系统在对电解槽阳极析出的气体进行回收的过程中，通过第一冷凝管道和第一冷却器可去除阳极混合气中的电解液蒸汽，并能够使电解液蒸汽回流至电解槽内，然后通过第一脱氧器可去除阳极混合气中的氢气，进而获得高纯度的氧气，该氧气可直接应用于工业生产中，避免了收集的气体无处使用的尴尬窘境。

本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本申请的理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请，但并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1是根据本申请实施例中的用于电解水制氢工艺的气体回收系统的系统框图。

附图标记说明

1 电解槽 11 氢气收集管道

12 氧气收集管道 2 气体提纯机构

21 第一冷凝管道 22 第一脱氧器

23 第一冷却器 24 第一气液分离器

241 氧气排出管路 242 第一液体排出管路

25 第二冷凝管道 26 第二脱氧器

27 第二冷却器 28 第二气液分离器

281 氢气排出管路 282 第二液体排出管路

3 气体干燥机构 31 第一气体干燥器

32 第二气体干燥器 4 冷却水泵

5 氧气储罐 6 氢气储罐

具体实施方式

以下结合附图对本申请的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。

下面参考附图描述本申请的用于电解水制氢工艺的气体回收系统。

本申请提供了一种用于电解水制氢工艺的气体回收系统，如图1所示，其中，用于电解水制氢工艺的气体回收系统包括：

电解槽1，电解槽1的阴极和阳极分别设有氢气收集管道11和氧气收集管道12；

气体提纯机构2，包括自氧气收集管道12接出的第一冷凝管道21以及与第一冷凝管道21连接的第一脱氧器22，第一冷凝管道21上设有第一冷却器23；

气体干燥机构3，包括与第一脱氧器22连接的第一气体干燥器31；和

氧气储罐5，进气口与第一气体干燥器31的出气管路连接。

由于第一冷凝管道21自氧气收集管道12接出，因此电解槽1阳极析出的气体会通过氧气收集管道12进入至第一冷凝管道21内，而电解槽1阳极析出的气体为氧气、少量氢气以及电解液蒸汽的阳极混合气，当阳极混合气到达第一冷凝管道21后，通过第一冷却器23的预冷，可使阳极混合气的温度降低，从而使阳极混合气中电解液蒸汽冷凝成液态并顺着氧气收集管道12回流至电解槽1中，降低电解槽1内电解液的蒸发损耗。阳极混合气在预冷处理完成后，会流至第一脱氧器22内，第一脱氧器22利用氢气和氧气在催化剂作用下加热可生成水的原理，使阳极混合气中夹杂的氢气被消耗掉，之后气体再经过第一气体干燥器31脱水干燥后，即可获得高纯度的氧气，高纯度的氧气通过氧气储罐5的储存，可直接应用至工业生产上。综上，本申请中的气体回收系统在对电解槽1阳极析出的气体进行回收的过程中，通过第一冷凝管道21和第一冷却器23可去除阳极混合气中的电解液蒸汽，并能够使电解液蒸汽回流至电解槽1内，然后通过第一脱氧器22可去除阳极混合气中的氢气，进而获得高纯度的氧气，该氧气可直接应用于工业生产中，避免了收集的气体无处使用的尴尬窘境。

需要说明的是，用于工业生产的工业氧会对氧气纯度和成分有严格要求，而本申请中从电解槽1阳极析出的阳极混合气为氧气、氢气以及电解液蒸汽的阳极混合气体，该阳极混合气体的纯度是达不到工业氧的最低使用标准，因此直接收集的阳极混合气体无法进行工业消耗，而若将该阳极混合气直接排至室外，又会造成环保不达标。基于上述考虑，本申请通过第一冷凝管道21、第一冷却器23以及第一脱氧器22来对阳极混合气中的杂气进行去除，从而可使阳极混合气中氧气的纯度达到工业生产的使用需求，解决了阳极混合气的消耗问题。同时在现有的电解水过程中，电解液的消耗量非常大，需要经常补充水和电解质，而本申请通过设置第一冷凝管道21可使阳极混合气中的电解液蒸汽冷凝回流至电解槽1中，从而有效降低电解液中电解质的流失量，降低电解质的补充次数，有效降低生产成本。

如图1所示，在本申请的实施例中，气体提纯机构2还包括第一气液分离器24，第一气液分离器24设置在第一冷凝管道21和第一脱氧器22之间。阳极混合气在经过第一冷凝管道21的预冷处理后，电解液蒸汽中大部分的电解质会随着水汽冷凝回流至电解槽1内，但阳极混合气中依旧会残留少部分的电解液蒸汽，为进一步去除混合液中的电解液蒸汽，可在第一冷凝管道21和第一脱氧器22之间布置第一气液分离器24。其中气液分离器的种类有很多，且在现有技术中较为常见，如重力沉降式分离器、离心式分离器、过滤式分离器等，而在本申请中气液分离器的内部同样也可设置冷却组件，通过冷却组件来对阳极混合气进行进一步冷却，以降低阳极混合气的露点，从而增加电解液蒸汽的分离效果。需要说明的是，气液分离器一般是在混合气中电解液蒸汽含量比较少时才能保证良好的气液分离效果，而本申请通过在第一气液分离器24之前布置第一冷凝管道21，既可预先去除阳极混合气中大部分的电解液蒸汽，保证后续的气液分离效果，同时也能够使大部分蒸发出的电解液蒸汽自动流回电解槽1，降低电解槽1中电解液的损耗率。

如图1所示，在本申请的实施例中，第一气液分离器24包括氧气排出管路241和第一液体排出管路242，氧气排出管路241与第一脱氧器22连通，第一液体排出管路242与外界连通。第一气液分离器24在对阳极混合气进行气液分离后，冷凝的电解液可通过第一液体排出管路242排除，而气体会经过氧气排出管路241流入至第一脱氧器22内，经过第一脱氧器22进行脱氢，然后再经过第一气体干燥器31脱水干燥，即可获得高纯度的氧气。

如图1所示，在本申请的实施例中，用于电解水制氢工艺的气体回收系统还包括冷却水泵4，冷却水泵4通过冷却水管与第一冷却器23连接。通过冷却水泵4可使第一冷却器23中的冷却水持续流动，增加冷却效果，当然，第一冷却器23也可采用风冷或者压缩机制冷等，同时第二冷却器27也可和冷却水泵4连接，实现一泵多用。

如图1所示，在本申请的实施例中，用于电解水制氢工艺的气体回收系统还包括外部窑炉，氧气储罐5的出气口还设有减压阀，氧气储罐5的出气口与外部窑炉连接。阳极混合气经过第一冷凝管道21、第一气液分离器24、第一脱氧器22以及第一气体干燥器31的处理后，此时的氧气纯度已经达到工业生成的使用需求，因此在本申请中，可将氧气储罐5的出气口直接与外部窑炉连接，而减压阀的目的在于控制氧气储罐5中氧气的流出速度。

如图1所示，在本申请的实施例中，气体提纯机构2还包括自氢气收集管道11接出的第二冷凝管道25以及与第二冷凝管道25连接的第二脱氧器26，第二冷凝管道25上设有第二冷却器27。由于电解水制氢工艺主要的目的是获得高纯度的工业氢气，因此在对氢气进行收集和处理时，也可如氧气的处理方式相同，即第二冷凝管道25设置的目的也如第一冷凝管道21一样，为的是预先去除阴极混合气中大部分的电解液蒸汽，以及使大部分电解液蒸汽自动流回电解槽1，降低电解槽1中电解液的损耗，而第二脱氧器26主要的目的是也是用于消耗阴极混合气中混杂的少部分的氧气，提高氢气的纯度。

如图1所示，在本申请的实施例中，气体提纯机构2还包括第二气液分离器28，第二气液分离器28设置在第二冷凝管道25和第二脱氧器26之间。第二气液分离器28的设置目的也和第一气液分离器24一样，主要是为了去进一步阴极混合中的电解液蒸汽。

如图1所示，在本申请的实施例中，第二气液分离器28包括氢气排出管路281和第二液体排出管路282，氢气排出管路281与第二脱氧器26连通，第二液体排出管路282与外界连通。第二气液分离器28的结构及技术效果和第一气液分离器24类似，在此不再一一赘述。

如图1所示，在本申请的实施例中，气体干燥机构3还包括与第二脱氧器26连接的第二气体干燥器32，第二气体干燥器32用于对第二脱氧器26排出的氢气进行干燥。阴极混合气在经过第二脱氧器26脱氧处理后会生成水，此时经过第二气体干燥器32的脱水干燥，即可获得高出度的工业氢气。

如图1所示，在本申请的实施例中，用于电解水制氢工艺的气体回收系统还包括氢气储罐6，氢气储罐6的进气口与第二气体干燥器32的出气管路可拆卸连接。当氢气储罐6装满氢气后，可直接将第二气体干燥器32的出气管路拆下并连接到另一个空的氢气储罐6，从而方便氢气储罐6的持续生产。

需要说明的是，在工业电解水制氢工艺中，电解阳极棒和电解阴极棒不可避免地会因电阻的存在而发热，而电解阳极棒和电解阴极棒的发热又会使电解液蒸发，从而导致电解气体中会夹杂着大量的电解液蒸汽。同时由于电解阳极棒和电解阴极棒的加热，使得氢气收集管道和氧气收集管道的阳极混合气和阴极混合气的气体温度较高，若不进行预冷，则需要更高规格的气液分离器才能匹配生产进度，而本申请通过设置第一冷凝管道21和第二冷凝管道25，可使常规的气液分离器也能满足使用需求，降低工厂投入成本，同时第一冷凝管道21和第二冷凝管道25的冷凝回流功也能够有效降低电解液的损耗。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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)

1.一种用于电解水制氢工艺的气体回收系统，其特征在于，所述用于电解水制氢工艺的气体回收系统包括：

电解槽(1)，所述电解槽(1)的阴极和阳极分别设有氢气收集管道(11)和氧气收集管道(12)；

气体提纯机构(2)，包括自所述氧气收集管道(12)接出的第一冷凝管道(21)以及与所述第一冷凝管道(21)连接的第一脱氧器(22)，所述第一冷凝管道(21)上设有第一冷却器(23)；

气体干燥机构(3)，包括与所述第一脱氧器(22)连接的第一气体干燥器(31)；和

氧气储罐(5)，进气口与所述第一气体干燥器(31)的出气管路连接。

2.根据权利要求1所述的用于电解水制氢工艺的气体回收系统，其特征在于，所述气体提纯机构(2)还包括第一气液分离器(24)，所述第一气液分离器(24)设置在所述第一冷凝管道(21)和所述第一脱氧器(22)之间。

3.根据权利要求2所述的用于电解水制氢工艺的气体回收系统，其特征在于，所述第一气液分离器(24)包括氧气排出管路(241)和第一液体排出管路(242)，所述氧气排出管路(241)与所述第一脱氧器(22)连通，所述第一液体排出管路(242)与外界连通。

4.根据权利要求1所述的用于电解水制氢工艺的气体回收系统，其特征在于，所述用于电解水制氢工艺的气体回收系统还包括冷却水泵(4)，所述冷却水泵(4)通过冷却水管与所述第一冷却器(23)连接。

5.根据权利要求1所述的用于电解水制氢工艺的气体回收系统，其特征在于，所述用于电解水制氢工艺的气体回收系统还包括外部窑炉，所述氧气储罐(5)的出气口还设有减压阀，所述氧气储罐(5)的出气口与所述外部窑炉连接。

6.根据权利要求1所述的用于电解水制氢工艺的气体回收系统，其特征在于，所述气体提纯机构(2)还包括自所述氢气收集管道(11)接出的第二冷凝管道(25)以及与所述第二冷凝管道(25)连接的第二脱氧器(26)，所述第二冷凝管道(25)上设有第二冷却器(27)。

7.根据权利要求6所述的用于电解水制氢工艺的气体回收系统，其特征在于，所述气体提纯机构(2)还包括第二气液分离器(28)，所述第二气液分离器(28)设置在所述第二冷凝管道(25)和所述第二脱氧器(26)之间。

8.根据权利要求7所述的用于电解水制氢工艺的气体回收系统，其特征在于，所述第二气液分离器(28)包括氢气排出管路(281)和第二液体排出管路(282)，所述氢气排出管路(281)与所述第二脱氧器(26)连通，所述第二液体排出管路(282)与外界连通。

9.根据权利要求6所述的用于电解水制氢工艺的气体回收系统，其特征在于，所述气体干燥机构(3)还包括与所述第二脱氧器(26)连接的第二气体干燥器(32)，所述第二气体干燥器(32)用于对所述第二脱氧器(26)排出的氢气进行干燥。

10.根据权利要求9所述的用于电解水制氢工艺的气体回收系统，其特征在于，所述用于电解水制氢工艺的气体回收系统还包括氢气储罐(6)，所述氢气储罐(6)的进气口与所述第二气体干燥器(32)的出气管路可拆卸连接。