CN220827473U - 一种电解水制氢压缩系统的热回收利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电解水制氢压缩系统的热回收利用装置，包括电解水制氢压缩系统，所述电解水制氢压缩系统包括第一冷却洗涤器、脱氧系统、加热装置、第一干燥系统、第一压缩系统，所述第一冷却洗涤器的冷却液输出端与所述加热装置的冷却液输入端相连接，所述加热装置的热能输出端与所述脱氧系统的热能输入端相连接，所述第一冷却洗涤器的氢气输出端与所述脱氧系统的氢气输入端相连接，所述第一压缩系统的冷却液输出端与所述加热装置的冷却液输入端相连接。本实用新型整体成撬，实现了热能的回收利用，便于移动式制氢、制氧、压缩供终端用户使用，方便整体搬迁或运输，节省用地指标及初期投资，提升了系统效率。

Description

一种电解水制氢压缩系统的热回收利用装置

技术领域

本实用新型涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种电解水制氢压缩系统的热回收利用装置。

背景技术

氢能作为一种来源广泛、绿色低碳的二次能源，是交通运输、工业生产和建筑等领域实现大规模深度脱碳的重要支撑，也是推动化石能源清洁高效利用和支撑新能源大规模发展的理想互联媒介。氢能产业是战略性新兴产业和未来产业发展方向，支持和推动氢能产业发展，可以有效支撑碳达峰、碳中和目标的实现，打造新的绿色经济增长极。同时，氢能产业是助力生产过程深度脱碳，延伸产业链、提升价值链、融通供应链，对能源消费结构优化和产业结构转型升级具有重要的战略意义。

电解水制氢技术对未来清洁可持续能源的使用至关重要。电解水制氢是在直流电的作用下，通过电化学过程将水分子解离为氢气和氧气，分别在阴、阳两极析出。电解水的电解槽系统因其模块化特性，非常适合氢气的集中式生产。因此，电解水制氢会贯穿于氢能发展的全过程、是建设“氢能社会”不可或缺的组成部分。

中国专利申请CN114381756A，提出了“一种电解水制氢装置”，包括热交换器，热交换器包括第一进口、第一出口以及第二进口；水箱，用于容纳电解液，水箱与第一进口连接；电解槽，与第一出口连接，以使水箱内的电解液依次经过第一进口、热交换器以及第一出口进入电解槽；整流器，与电解槽连接以向电解槽输出直流电，整流器包括用于吸收整流器的热量的水冷部，水冷部的出水口与第二进口连接，以使水冷部内的流体通过第二进口进入热交换器，从而使水冷部内的流体与热交换器内的电解液进行热交换。但是，该申请仍然存在一定的局限性：

1、该装置将冷却洗涤器排出的冷却液直接排入电解槽，冷却液携带部分热量，虽然可以实现电解槽热交换，但是，电解槽电解水过程中会放出热量，导致电解水系统的冷却功率增加。

2、该装置无法压缩氢气/氧气，在建设过程中，需要分别建设氢气/氧气压缩装置，不方便整体搬迁或运输，不便于移动式制氢、制氧、压缩供终端用户使用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电解水制氢压缩系统的热回收利用装置。本实用新型整体成撬，实现了热能的回收利用，便于移动式制氢、制氧、压缩供终端用户使用，方便整体搬迁或运输，节省用地指标及初期投资，提升了系统效率。

本实用新型采取的技术方案如下：

一种电解水制氢压缩系统的热回收利用装置，包括电解水制氢压缩系统，所述电解水制氢压缩系统包括第一气液分离器、第一冷却洗涤器、脱氧系统、加热装置、第一干燥系统、第一压缩系统，所述第一气液分离器的氢气输出端与所述第一冷却洗涤器的氢气输入端相连接，所述第一冷却洗涤器的冷却液输出端与所述加热装置的冷却液输入端相连接，所述加热装置的热能输出端与所述脱氧系统的热能输入端相连接，所述第一冷却洗涤器的氢气输出端与所述脱氧系统的氢气输入端相连接，所述脱氧系统的氢气输出端与所述第一干燥系统的氢气输入端相连接，所述第一干燥系统的氢气输出端与所述第一压缩系统的氢气输入端相连接，所述第一压缩系统的冷却液输出端与所述加热装置的冷却液输入端相连接。

优选的，所述加热装置为第一蒸汽锅炉。

优选的，所述第一压缩系统包括第一进气缓冲罐、第一氢气压缩机、第一出气缓冲罐，所述第一进气缓冲罐的输出端与所述第一氢气压缩机的输入端相连接，所述第一氢气压缩机的输出端与所述第一出气缓冲罐的输入端相连接。

优选的，还包括电解水制氧压缩系统，所述电解水制氧系统包括第二气液分离器、第二冷却洗涤器、脱氢系统、加热装置、第二干燥系统、第二压缩系统，所述第二气液分离器的氧气输出端与所述第二冷却洗涤器的氧气输入端相连接，所述第二冷却洗涤器的冷却液输出端与所述加热装置的冷却液输入端相连接，所述加热装置的热能输出端与所述脱氢系统的热能输入端相连接，所述第二冷却洗涤器的氧气输出端与所述脱氢系统的氧气输入端相连接，所述脱氢系统的氧气输出端与所述第二干燥系统的氧气输入端相连接，所述第二干燥系统的氧气输出端与所述第二压缩系统的氧气输入端相连接，所述第二压缩系统的冷却液输出端与所述加热装置的冷却液输入端相连接。

优选的，所述加热装置为第二蒸汽锅炉。

优选的，所述第二压缩系统包括第二进气缓冲罐、第二氧气压缩机、第二出气缓冲罐，所述第二进气缓冲罐的输出端与所述第二氧气压缩机的输入端相连接，所述第二氧气压缩机的输出端与所述第二出气缓冲罐的输入端相连接。

优选的，还包括电解槽、循环水装置和箱体，所述电解槽、所述电解水制氢压缩系统、所述电解水制氧压缩系统和所述循环水装置设置在所述箱体内，整体成撬。

本实用新型的有益效果在于：

1、将电解槽、电解水制氢压缩系统、电解水制氧压缩系统、循环水装置集成在类似集装箱中的箱体中成为集约化模块化的集成装置，整体成撬，方便整体搬迁或运输。通过箱体与外界隔离，将事故危险控制在箱体中，提高了安全性能。

2、实现土地资源的最大化利用，一定程度上，既可节省用地指标及初期投资。

3、可提高电解水制氢压缩系统的热回收利用装置的紧凑性及集成度，提升了系统效率，以及氢能生产能力。

4、在保证氧气、氢气稳定生产的前提下，不用单独再设置外部热源，装置内直接连接蒸汽锅炉实现热能的回收利用，热源来自电解水制氢压缩系统冷却液携带的热量、第一压缩系统冷却液携带的热量，以及自供蒸汽，提升了电解水制氢压缩系统热量浪费以及冷却液重复再利用。

5、成撬的电解水制氢压缩系统的热回收利用装置更加便于移动式制氢、制氧、压缩供终端用户使用。

附图说明

图1，本实用新型电解水制氢压缩系统的热回收利用装置成撬平面结构示意图。

图2，本实用新型第一压缩系统平面结构示意图。

图3，本实用新型第二压缩系统平面结构示意图。

图中：1.电解槽，2.第一气液分离器，3.第一蒸汽锅炉，4.第一冷却洗涤器，5.脱氧系统，6.第一干燥系统，7.第一压缩系统，8.循环水装置，9.第二气液分离器，10.第二冷却洗涤器，11.第二蒸汽锅炉，12.脱氢系统，13.第二干燥系统，14.第二压缩系统，15.第一进气缓冲罐，16.第一氢气压缩机，17.第一出气缓冲罐，18.第二进气缓冲罐，19.第二氧气压缩机，20.第二出气缓冲罐。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，一种电解水制氢压缩系统的热回收利用装置，包括电解槽1、电解水制氢压缩系统、电解水制氧压缩系统、循环水装置8和箱体(图中未示出)。电解槽1、电解水制氢压缩系统、电解水制氧压缩系统、循环水装置8位于一方便搬运的箱体(图中未示出)中，整体成撬，方便整体搬迁或运输，具备电解、冷却、气液分离、脱氢/脱氧、干燥、压缩等功能。

电解水制氢压缩系统，包括第一气液分离器2、第一蒸汽锅炉3、第一冷却洗涤器4、脱氧系统5、第一干燥系统6、第一压缩系统7。

电解水制氧压缩系统，包括第二气液分离器9、第二冷却洗涤器10、第二蒸汽锅炉11、脱氢系统12、第二干燥系统13、第二压缩系统14。

电解槽1的氢气输出端与第一气液分离器2的输入端相连接，第一气液分离器2的输出端与第一冷却洗涤器4的输入端相连接，第一冷却洗涤器4的冷却液输出端与第一蒸汽锅炉3的冷却液输入端相连接，第一蒸汽锅炉3的热能输出端与脱氧系统5的热能输入端相连接，第一冷却洗涤器4的氢气输出端与脱氧系统5的氢气输入端相连接，脱氧系统5的氢气输出端与第一干燥系统6的输入端相连接，第一干燥系统6的氢气输出端与第一压缩系统7的输入端相连接，第一压缩系统7的冷却液输出端与第一蒸汽锅炉3的冷却液输入端相连接。循环水装置8的旁侧设置有电解槽1、第一冷却洗涤器4、第二冷却洗涤器10，循环水装置8一侧与电解槽1连接，一侧与第一冷却洗涤器4连接，一侧与第二冷却洗涤器10连接。循环水装置8的水流入第一冷却洗涤器4，一部分水从第一冷却洗涤器4以冷却液的形式排出，一部分水可回到循环水装置8。第一蒸汽锅炉3用于对第一冷却洗涤器4和第一压缩系统7排出的冷却液进行加热后产生蒸汽，用于回收利用热能，通过管道将蒸汽输送至脱氧系统5，用以满足脱氧系统催化剂最佳温度的要求，可以实现高效脱氧。

电解槽1的氧气输出端与第二气液分离器9的输入端相连接，第二气液分离器9的输出端与第二冷却洗涤器10的输入端相连接，第二冷却洗涤器10的冷却液输出端与第二蒸汽锅炉11的冷却液输入端相连接，第二蒸汽锅炉11的热能输出端与脱氢系统12的热能输入端相连接，第二冷却洗涤器10的氧气输出端与脱氢系统12的氧气输入端相连接，脱氢系统12的氧气输出端与第二干燥系统13的输入端相连接，第二干燥系统13的的氧气输出端与第二压缩系统14的输入端相连接，第二压缩系统14的冷却液输出端与第二蒸汽锅炉11的冷却液输入端相连接。循环水装置8的旁侧设置有电解槽1、第一冷却洗涤器4、第二冷却洗涤器10，循环水装置8一侧与电解槽1连接，一侧与第一冷却洗涤器4连接，一侧与第二冷却洗涤器10连接。循环水装置8的水流入第二冷却洗涤器10，一部分水从第二冷却洗涤器10以冷却液的形式排出，一部分水可回到循环水装置8。第二蒸汽锅炉11用于对第二冷却洗涤器10和第二压缩系统14排出的冷却液进行加热后产生蒸汽，用于回收利用热能，通过管道将蒸汽输送至脱氢系统12，用以满足脱氢系统催化剂最佳温度的要求，可以实现高效脱氢。

如图2所示，第一压缩系统7包括第一进气缓冲罐15、第一氢气压缩机16、第一出气缓冲罐17，第一进气缓冲罐15的输出端与第一氢气压缩机16的输入端相连接，第一氢气压缩机16的输出端与第一出气缓冲罐17的输入端相连接。

如图3所示，第二压缩系统14包括第二进气缓冲罐18、第二氧气压缩机19、第二出气缓冲罐20，第二进气缓冲罐18的输出端与第二氧气压缩机19的输入端相连接，第二氧气压缩机19的输出端与第二出气缓冲罐20的输入端相连接。

氢气生产总工艺流程参看图1，当电解槽1接通直流电源，电解电流上升到一定数值时，电解槽1内的水被电解成氢气和氧气；来自电解槽1内各电解小室阴极侧的大量氢气、少量氧气和电解液，进入第一气液分离器2，实现氢气、氧气与电解液分离的目的；从第一气液分离器2出来的大量氢气和少量氧气，进入第一冷却洗涤器4，降低气体温度，同时减少气体中水分含量，第一冷却洗涤器4会同步排出冷却液；循环水经管道在循环水装置8与第一冷却洗涤器4之间循环；第一冷却洗涤器4排出的冷却液进入第一蒸汽锅炉3进行加热产生蒸汽，蒸汽通往脱氧系统5，脱氧系统5为了实现高效率的脱氧，会加入催化剂，催化剂的温度要求是不低于330℃，用高温蒸汽去加热脱氧系统5的催化剂，正好可以满足脱氧系统5的催化剂对热量的要求，保证催化剂的最佳活性；第一冷却洗涤器4排出的大量氢气、少量氧气进入脱氧系统5，氢气中少量的氧气在催化剂的作用下结合生成水，提升氢气的纯度；氢气脱氧后会生成少量水分，进入第一干燥系统6，实现水分的吸附，获得高纯度的氢气；氢气进入第一压缩系统6，获得高压氢气，实现远距离输送，第一压缩系统7排出的冷却液进入第一蒸汽锅炉3进行加热产生蒸汽，蒸汽通往脱氧系统5。

氢气压缩装置内部流程参看图2，第一干燥系统7产生的氢气经第一进气缓冲罐15稳压后，进入第一氢气压缩机16，进一步提升氢气压力后，输送至第一出气缓冲罐17稳压后，最终送至下游终端用户。

氧气生产总工艺流程参看图1，当电解槽1接通直流电源，电解电流上升到一定数值时，电解槽1内的水被电解成氢气和氧气；来自电解槽1内各电解小室阳极侧的大量氧气、少量氢气和电解液，进入第二气液分离器9，实现氢气、氧气与电解液分离的目的；从第二气液分离器9出来的大量氧气和少量氢气，进入第二冷却洗涤器10，降低气体温度，同时减少气体中水分含量，第二冷却洗涤器10会同步排出冷却液；循环水经管道在循环水装置8与第二冷却洗涤器10之间循环；第二冷却洗涤器10排出的冷却液进入第二蒸汽锅炉11进行加热产生蒸汽，蒸汽通往脱氢系统12，脱氢系统12为了实现高效率的脱氢，会加入催化剂，催化剂的温度要求是不低于330℃，用高温蒸汽去加热脱氢系统12的催化剂，正好可以满足脱氢系统12的催化剂对热量的要求，保证催化剂的最佳活性；第二冷却洗涤器10排出的大量氧气、少量氢气进入脱氢系统12，氧气中少量的氢气在催化剂的作用下结合生成水，提升氧气的纯度；氧气脱氢后会生成少量水分，进入第二干燥系统13，实现水分的吸附，获得高纯度的氧气。氧气进入第二压缩系统14，获得高压氧气，实现远距离输送，第二压缩系统14排出的冷却液进入第二蒸汽锅炉11进行加热产生蒸汽，蒸汽通往脱氢系统5。

氧气压缩装置内部流程参看图2，第二干燥系统14产生的氧气经第二进气缓冲罐18稳压后，进入第二氧气压缩机19，进一步提升氧气压力后，输送至第二出气缓冲罐20稳压后，最终送至下游终端用户。

本实用新型电解水制氢系统的热回收利用装置的工作过程如下：

当电解槽1接通直流电源，电解电流上升到一定数值时，电解槽1内的水被电解成氢气和氧气；来自电解槽内各电解小室阴极侧的大量氢气、少量氧气和电解液，阳极侧的大量氧气、少量氢气和电解液分别进入第一气液分离器2/第二气液分离器9，实现氢气、氧气与电解液分离的目的；从第一气液分离器2/第二气液分离器9出来的氢气和氧气，分别进入第一冷却洗涤器4/第二冷却洗涤器10，降低气体温度，同时减少气体中水分含量，第一冷却洗涤器4/第二冷却洗涤器10会同步排出冷却液；冷却液进入第一蒸汽锅炉3/第二蒸汽锅炉11进行加热产生蒸汽，蒸汽通往脱氧系统5/脱氢系统12，用以加热脱氧系统5/脱氢系统12的催化剂，用以满足催化剂的最佳活性温度要求；氢气、氧气分别进入脱氧系统5/脱氢系统12，氢气中少量的氧气、氧气中少量的氢气在催化剂的作用下结合生成水，提升氢气、氧气的纯度；氢气脱氧后、氧气脱氢后会生成少量水分，进入第一干燥系统6/第二干燥系统13，实现水分的吸附，获得高纯度的氢气和氧气；氢气和氧气进入第一压缩系统7/第二压缩系统14，获得高压氢气/氧气，实现氢气/氧气远距离输送。

上述说明示出并描述了实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离实用新型的精神和范围，则都应在实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电解水制氢压缩系统的热回收利用装置，其特征在于，包括电解水制氢压缩系统，所述电解水制氢压缩系统包括第一气液分离器、第一冷却洗涤器、脱氧系统、加热装置、第一干燥系统、第一压缩系统，所述第一气液分离器的氢气输出端与所述第一冷却洗涤器的氢气输入端相连接，所述第一冷却洗涤器的冷却液输出端与所述加热装置的冷却液输入端相连接，所述加热装置的热能输出端与所述脱氧系统的热能输入端相连接，所述第一冷却洗涤器的氢气输出端与所述脱氧系统的氢气输入端相连接，所述脱氧系统的氢气输出端与所述第一干燥系统的氢气输入端相连接，所述第一干燥系统的氢气输出端与所述第一压缩系统的氢气输入端相连接，所述第一压缩系统的冷却液输出端与所述加热装置的冷却液输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的电解水制氢压缩系统的热回收利用装置，其特征在于，所述加热装置为第一蒸汽锅炉。

3.根据权利要求1所述的电解水制氢压缩系统的热回收利用装置，其特征在于，所述第一压缩系统包括第一进气缓冲罐、第一氢气压缩机、第一出气缓冲罐，所述第一进气缓冲罐的输出端与所述第一氢气压缩机的输入端相连接，所述第一氢气压缩机的输出端与所述第一出气缓冲罐的输入端相连接。

4.根据权利要求1所述的电解水制氢压缩系统的热回收利用装置，其特征在于，还包括电解水制氧压缩系统，所述电解水制氧压缩系统包括第二气液分离器、第二冷却洗涤器、脱氢系统、加热装置、第二干燥系统、第二压缩系统，所述第二气液分离器的氧气输出端与所述第二冷却洗涤器的氧气输入端相连接，所述第二冷却洗涤器的冷却液输出端与所述加热装置的冷却液输入端相连接，所述加热装置的热能输出端与所述脱氢系统的热能输入端相连接，所述第二冷却洗涤器的氧气输出端与所述脱氢系统的氧气输入端相连接，所述脱氢系统的氧气输出端与所述第二干燥系统的氧气输入端相连接，所述第二干燥系统的氧气输出端与所述第二压缩系统的氧气输入端相连接，所述第二压缩系统的冷却液输出端与所述加热装置的冷却液输入端相连接。

5.根据权利要求4所述的电解水制氢压缩系统的热回收利用装置，其特征在于，所述加热装置为第二蒸汽锅炉。

6.根据权利要求4所述的电解水制氢压缩系统的热回收利用装置，其特征在于，所述第二压缩系统包括第二进气缓冲罐、第二氧气压缩机、第二出气缓冲罐，所述第二进气缓冲罐的输出端与所述第二氧气压缩机的输入端相连接，所述第二氧气压缩机的输出端与所述第二出气缓冲罐的输入端相连接。

7.根据权利要求4所述的电解水制氢压缩系统的热回收利用装置，其特征在于，还包括电解槽、循环水装置和箱体，所述电解槽、所述电解水制氢压缩系统、所述电解水制氧压缩系统和所述循环水装置设置在所述箱体内，整体成撬。