一种电解池装置水管理和气体分离系统

1.一种电解池装置水管理和气体分离系统，包括电解池(1)，所述的电解池(1)分别通过管路连接氢气液分离器(2)和氧气液分离器(7)，其特征在于，所述的氢气液分离器(2)通过带有氢气冷却器(4)和氢多级孔阻水器(3)的管路连接氢气出口(107)，所述的氧气液分离器(7)通过带有氧气冷却器(9)和氧多级孔阻水器(8)的管路连接氧气出口(108)，所述的氢气液分离器(2)还连接有氢补水口(101)，所述的氧气液分离器(7)连接氧补水口(102)，所述的氢气液分离器(2)通过带有氢侧流体泵(5)和氢侧电解液换热器(6)的管路连接电解池(1)的阴极电解液进口(105)；所述的氧气液分离器(7)通过带有氧侧流体泵(10)和氧侧电解液换热器(11)的管路连接电解池(1)的阳极电解液进口(106)。
2.根据权利要求1所述的一种电解池装置水管理和气体分离系统，其特征在于，所述的电解池(1)通过其阴极气液混合物出口(103)处连接的管路连接所述的氢气液分离器(2)。
3.根据权利要求1所述的一种电解池装置水管理和气体分离系统，其特征在于，所述的电解池(1)通过其阳极气液混合物出口(104)处连接的管路连接所述的氧气液分离器(7)。
4.根据权利要求1所述的一种电解池装置水管理和气体分离系统，其特征在于，所述的氢气冷却器(4)和氧气冷却器(9)之间通过管路连接工业冷水机(12)。
5.根据权利要求1所述的一种电解池装置水管理和气体分离系统，其特征在于，所述的氢侧电解液换热器(6)一侧通过管路连接氢气冷却器(4)，另一侧通过管路连接所述的氧侧电解液换热器(11)，所述的氧侧电解液换热器(11)还通过管路连接氧气冷却器(9)。
6.根据权利要求1所述的一种电解池装置水管理和气体分离系统，其特征在于，所述的氢多级孔阻水器(3)或氧多级孔阻水器(8)包括罐体(31)，所述的罐体(31)内部上下两侧分别设置两组多级孔材料隔层(32)，所述的两组多级孔材料隔层(32)之间的罐体(31)的侧壁上连接气液混合物进口(33)，所述的罐体(31)顶部设置气体出口(34)，所述的罐体(31)底部设置电解液出口(35)。

一种电解池装置水管理和气体分离系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及电解水制氢系统技术领域，特别涉及一种电解池装置水管理和气体分离系统。\n背景技术\n[0002] 氢能已经被纳入国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要。目前，氢气生产仍然主要来源于于化石燃料，并伴随着碳排放污染等问题。绿色氢能是指通过可再生能源转换电力电解水制备的氢气，其被称为“绿氢”。使用丰富的可再生能源电解水，使用储存和运输技术将氢气提供给下游产业，可以有效地消纳不稳定的风力、光伏、水电能量和需要长途输送的可再生能源。\n[0003] 电解水制氢过程中，电解液在电流作用下，电解液中的氢离子会被带相反电荷的电极所吸引，靠近阴极，进而在该电极上发生得电子的还原反应，在阴极产生氢气。而水电离出的带负电的氢氧根则会接近带正电的阳极，在阳极发生失去电子的氧化反应，产生氧气。电解水技术制备的氢气一般可达98％。电解液中溶解的氧气会随着电解液由气液分离器进入电解池的阴极和阳极，微量的氧气会降低氢气的纯度，并且带来安全隐患。而电子、航空航天、氢燃料电池、浮法玻璃工业、珠宝、焊接、食品加工工业等需要纯氢(氢气体积分数≥99.99)，甚至高纯氢气(氢气体积分数≥99.999)。\n[0004] 除此之外，传统电解水制氢设备制取的氢气水分含量高，氢气露点高，需要复杂的分离和干燥工艺处理，下游吸附和干燥工段负荷高。\n实用新型内容\n[0005] 为了解决现有技术的问题，本实用新型提供了一种电解池装置水管理和气体分离系统，其采用阴极和阳极电解液独立循环，使氧侧电解液与氢侧电解液完全隔绝，产品氢气中水分和氧含量降低，使电解水制氢系统更加安全可靠，同时设计多级孔阻水器，可有效拦截气体中的水分和其他腐蚀性液体，有效降低氢气露点，降低干燥工段的能耗。\n[0006] 本实用新型所采用的技术方案如下：\n[0007] 一种电解池装置水管理和气体分离系统，包括电解池(1)，所述的电解池(1)分别通过管路连接氢气液分离器(2)和氧气液分离器(7)，氢气液分离器(2)通过带有氢气冷却器(4)和氢多级孔阻水器(3)的管路连接氢气出口(107)，所述的氧气液分离器(7)通过带有氧气冷却器(9)和氧多级孔阻水器(8)的管路连接氧气出口(108)，所述的氢气液分离器(2)还连接有氢补水口(101)，所述的氧气液分离器(7)连接氧补水口(102)，所述的氢气液分离器(2)通过带有氢侧流体泵(5)和氢侧电解液换热器(6)的管路连接电解池(1)的阴极电解液进口(105)；所述的氧气液分离器(7)通过带有氧侧流体泵(10)和氧侧电解液换热器(11)的管路连接电解池(1)的阳极电解液进口(106)。\n[0008] 优选地，电解池(1)通过其阴极气液混合物出口(103)处连接的管路连接所述的氢气液分离器(2)。\n[0009] 优选地，电解池(1)通过其阳极气液混合物出口(104)处连接的管路连接所述的氧气液分离器(7)。\n[0010] 优选地，氢气冷却器(4)和氧气冷却器(9)之间通过管路连接工业冷水机(12)。\n[0011] 优选地，氢侧电解液换热器(6)一侧通过管路连接氢气冷却器(4)，另一侧通过管路连接所述的氧侧电解液换热器(11)，所述的氧侧电解液换热器(11)还通过管路连接氧气冷却器(9)。\n[0012] 优选地，氢多级孔阻水器(3)或氧多级孔阻水器(8)包括罐体(31)，所述的罐体(31)内部上下两侧分别设置两组多级孔材料隔层(32)，所述的两组多级孔材料隔层(32)之间的罐体(31)的侧壁上连接气液混合物进口(33)，所述的罐体(31)顶部设置气体出口(34)，所述的罐体(31)底部设置电解液出口(35)。\n[0013] 本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：\n[0014] 本实用新型的一种电解池装置水管理和气体分离系统，与现有技术相比，具有以下技术效果：\n[0015] 1、采用阴极和阳极电解液独立循环，产品氢气中氧含量低，使电解水制氢系统更加安全可靠。\n[0016] 2、多级孔阻水器可有效拦截水分和其他腐蚀性液体，降低氢气露点。所使用的多级孔材料具有 的多级孔隙。\n[0017] 3、系统采用单台工业冷水机为多个换热器提供冷源，替换管板式换热器，设备利用率提局。\n附图说明\n[0018] 为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。\n[0019] 图1为本实用新型的一种电解池装置水管理和气体分离系统的系统原理图；\n[0020] 图2为本实用新型的一种电解池装置水管理和气体分离系统的多级孔阻水器的结构示意图。\n具体实施方式\n[0021] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。\n[0022] 实施例一\n[0023] 如附图1所示，本实施例的一种电解池装置水管理和气体分离系统，包括电解池1，所述的电解池1分别通过管路连接氢气液分离器2和氧气液分离器7，氢气液分离器2通过带有氢气冷却器4和氢多级孔阻水器3的管路连接氢气出口107，所述的氧气液分离器7通过带有氧气冷却器9和氧多级孔阻水器8的管路连接氧气出口108，所述的氢气液分离器2还连接有氢补水口101，所述的氧气液分离器7连接氧补水口102，所述的氢气液分离器2通过带有氢侧流体泵5和氢侧电解液换热器6的管路连接电解池1的阴极电解液进口105；所述的氧气液分离器7通过带有氧侧流体泵10和氧侧电解液换热器11的管路连接电解池1的阳极电解液进口106。\n[0024] 本实施例中，电解池1通过其阴极气液混合物出口103处连接的管路连接所述的氢气液分离器2。\n[0025] 本实施例中，电解池1通过其阳极气液混合物出口104处连接的管路连接所述的氧气液分离器7。\n[0026] 本实施例中，氢气冷却器4和氧气冷却器9之间通过管路连接工业冷水机12。\n[0027] 本实施例中，氢侧电解液换热器6一侧通过管路连接氢气冷却器4，另一侧通过管路连接所述的氧侧电解液换热器11，所述的氧侧电解液换热器11还通过管路连接氧气冷却器9。\n[0028] 电解池1阴极的产生氢气和电解液混合物由阴极气液混合物出口103流出，进入氢气液分离器2。在氢气液分离器2中，氢气和电解液分离，氢气和水分从上部经氢气冷却器4冷却进入氢多级孔阻水器3。氢多级孔阻水器3能够有效拦截水分和其他腐蚀性液体，可有效降低氢气露点。经过氢多级孔阻水器3分离纯化后的氢气由氢气出口107排出。电解池1阳极产生的氧气和电解液混合物由阳极气液混合物出口104流出，进入氧气液分离器7。在氧气液分离器7中，氧气和电解液分离，氧气和水分从上部经氧气冷却器冷却9进入氧多级孔阻水器8。经过氢多级孔阻水器3分离纯化后的氧气由氧气出口108排出。氢侧补充电解液从氢补水口101加入氢气液分离器2中，和回流的电解液一同由氢侧流体泵5经电解液换热器6换热后，分别经阴极电解液进口105进入电解池，氧侧补充电解液从氧补水口102加入氧气液分离器7中，和回流的电解液一同由氧侧流体泵10经氧侧电解液换热器11换热后，分别经阴极电解液进口106进入电解池。\n[0029] 如附图2所示，本实施例的氢多级孔阻水器3或氧多级孔阻水器8包括罐体31，所述的罐体31内部上下两侧分别设置两组多级孔材料隔层32，所述的两组多级孔材料隔层32之间的罐体31的侧壁上连接气液混合物进口33，所述的罐体31顶部设置气体出口34，所述的罐体31底部设置电解液出口35。多级孔材料隔层32是由钛金属烧结过滤板多级孔材料制成。\n[0030] 未干燥的氢气经过冷却器冷却由气液混合物进口33进入多级孔阻水器。多级孔材料隔层32可将湿度较高的气体中的液滴凝结在钛金属烧结过滤板的孔壁上，从而使氢气中的水分有效地分离。被分离的液滴汇集后从下方电解液出口35流出，纯化后的气体由上部的气体出口34排出。\n[0031] 实施例二\n[0032] 本实施例和实施例1的不同之处是，多级孔材料隔层32是由50‑500目的不锈钢丝网和3A型沸石分子筛多级孔材料制成。\n[0033] 含有较多水分的氧气经过冷却器冷却由气液混合物进口33进入多级孔阻水器。多级孔材料隔层32可将湿度较高的气体中的液滴凝结在分子筛孔壁上。被分离的液滴汇集后从下方电解液出口35流出，纯化后的氧气由上部的气体出口34排出。\n[0034] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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