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一种电解制氢系统和电解制氢方法与流程
发布时间:2023-12-09 12:37:10   作者: 半岛综合

  一种电解制氢系统和电解制氢方法与流程1.本创造涉及氢气制备技术领域,具体涉及一种电解制氢系统和电解制氢方法。背景技术:2.氢能作为二次能源,具有来源多样、终端零排、用途广泛等多重优势,在保障国家能源平安和推动能源产业升级等方面具备极其重大意义。随技术日趋成熟、成本一下子就下降,氢能正迎来快速进展的战略机遇期。在成熟的电解水制氢技术中,碱性电解水制氢技术相对来说还是比较成熟,工艺比较简洁,成本比较低廉。但瓶颈在于负荷操作范围仅为40%100%,电解槽在低于输入功率40%以下就不能工作,这主要是由于电解槽氧侧中氧中氢的含量较高,存在平安隐患。同时由于实际生产中,系统启动至生产负荷的过程,和停止系统至完全关闭的过程,占用大量工时,且消耗成本比较高,因此存在系统启动后能够尽量不停机的需求,在此基础上如保持低功率运转,如不能尽可能降低最低操作负荷功率,则消耗较大,成本比较高,且简洁造成铺张。3.因此,扩宽碱性电解水制氢电解槽的负荷范围是亟需解决的问题,这有利于使电解槽工作的范围更宽,回收的能量更多,特殊适合波动的可再次生产的能源功率输入这一状况。技术实现要素:II4.针对以上问题,本创造供应一种电解制氢系统和电解制氢方法,以解决电解制氢低负荷生产的问题。5.本创造供应一种电解制氢系统,包括:电解槽、第一气液分别器和其次气液分别器;电解槽的阴极一侧和第一气液分别器通过第一循环管路挺直连通;电解槽的阳极一侧和其次气液分别器通过其次循环管路挺直连通;电解制氢系统还包括第三输入管路,第三输入管路分别连通第一循环管路、其次循环管路和电解槽。6.可选的,第一循环管路包括第一气液输出管路和第一输入管路;电解槽具有阴极侧出口,阴极侧出口靠近电解槽的阴极,阴极侧出口适于电解液和阴极侧产生的气体流出电解槽;电解槽的阴极侧出口通过第一气液输出管路连通第一气液分别器的入口;电解槽还包括阴极侧入口,阴极侧入口靠近电解槽的阴极,位于阴极侧出口的相对一侧,阴极侧入口适于电解液流入电解槽;第一输入管路连通第一气液分别器的液体出口和阴极侧入口;其次循环管路包括其次气液输出管路和其次输入管路;电解槽具有阳极侧出口;阳极侧出口靠近电解槽的阳极,阳极侧出口适于电解液和阳极侧产生的气体流出电解槽;电解槽的阳极侧出口通过其次气液输出管路连通其次气液分别器的入口;电解槽还包括阳极侧入口,阳极侧入口靠近电解槽的阳极,位于阳极侧出口的相对一侧,阳极侧入口适于电解液流入电解槽;其次输入管路连通其次气液分别器的液体出口和阳极侧入口;电解槽还包括第三入口,第三入口位于阳极侧入口和阴极侧入口之间;第三输入管路通过第三入口连通电解槽。7.可选的,第三输入管路上设置有三通阀,三通阀为双入单出阀,两个入口分别连通第一输入管路和其次输入管路,一个出口连通第三入口;第三输入管路上还设置有第三液泵,第三液泵设置于三通阀和第三入口之间。8.可选的,第一循环管路上设置有第一液泵;其次循环管路上设置有其次液泵。9.可选的,第一液泵设置于第一输入管路上靠近阴极侧入口一侧;其次液泵设置于其次输入管III路上靠近阳极侧入口一侧。10.可选的,第三输入管路上,在三通阀和第一输入管路之间设置有第一流量阀。11.可选的,第三输入管路上,在三通阀和其次输入管路之间设置有其次流量阀。12.可选的,电解槽为零间隙双极碱性电解槽。13.本创造还供应一种电解制氢方法,用法本创造供应的电解制氢系统;电解制氢系统具有两种工作模式,在第一工作模式下,包括以下步骤:开通第三输入管路;把握电解液在电解槽和第一气液分别器间循环流淌,同时把握电解液在电解槽和其次气液分别器间循环流淌,电解液仅从第三输入管路进入电解槽;从第一气液分别器将氢气分别出电解制氢系统;从其次气液分别器将氧气分别出电解制氢系统;在其次工作模式下,包括以下步骤:关闭第三输入管路;把握电解液在第一循环管路中循环流淌,从第一气液分别器将氢气分别出电解制氢系统;把握电解液在其次循环管路中循环流淌,从其次气液分别器将氧气分别出电解制氢系统。14.可选的,电解制氢系统在电解槽的输入功率在大于电解槽的额定功率的40%时,用法第一工作模式;电解制氢系统在电解槽的输入功率在小于电解槽的额定功率的40%时,用法其次工作模式。15.本创造的有益效果在于:16.1.本创造的电解制氢系统,第一循环管路在阴极一侧,其次循环管路在阳极一侧,使得第一循环管路中的电解液基本只在阴极一侧循环,其次循环管路中的电解液基本只在阳极一侧循环,能轻松实现电解液的分别式循环,使得阴极生成的氢气和阳极生成的氧气不易在电解液横向流淌的带动下混入另外一侧,以此来降低氧气一侧的氢气含量。而第三输入管路连通第一循环管路、其次循环管路和电解槽,即间接连通电解槽和第一气液分别器、其次气液分别器也形成循环,能轻松实现混合式循环,相比分别式循环对液泵的功率需求降低,可以在高功率负荷下实现大量快速的生产的同时降低能耗。从而使得本创造的电解制氢系统能通过管路流通的把握,分别实现不同的电解液循环,以应对不同的工作负荷。从而可以降低电解制氢系统的最低输入IV功率,解决电解制氢系统低负荷工作时消耗大或存在平安隐患的问题,同时高负荷生产时没有增加额外的消耗。17.2.本创造的电解制氢系统,通过第一液泵、其次液泵的设置,特殊是第一液泵靠近阴极侧入口一侧和其次液泵靠近阳极侧入口一侧的设置,一方面便于对两个循环管路中的流速进行把握,另一方面能够最终靠流速把握使得第一循环管路和其次循环管路中的电解液通过电解槽时间较短,从而难以在电解槽中横向流淌,极大削减了阴极生成的氢气和阳极生成的氧气在电解液横向流淌的带动下混入另外一侧。18.3.本创造的电解制氢系统,通过第一流量阀和其次流量阀的设置,可以在用法混合式循环时帮助把握进入电解池的电解液的流量,也可以在电解制氢系统在进行模式切换时帮助把握第三输入管路的打开和关闭。19.4.本创造的电解制氢方法,用法本创造供应的电解制氢系统,可以通过管路流通的把握,分别实现不同的电解液循环,以应对不同的工作负荷。从而能够降低电解制氢系统的最低输入功率,解决电解制氢系统低负荷工作时消耗大或存在平安隐患的问题,同时高负荷生产时没有增加额外的消耗。附图解释20.为了更清楚地解释本创造具体实施方式或现存技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现存技术描述中所需要用法的附图作简洁地介绍,自不待言地,下面描述中的附图是本创造的一些实施方式,对于本事域一般技术人员来讲,在不付出制造性劳动的前提下,还可以依据这些附图获得其他的附图。21.图1为对比例的电解制氢系统的示意图;22.图2为本创造的一实施例的电解制氢系统的示意图;23.图3为分别式循环制氢和混合式循环制氢的氧气中氢含量随电流密度变幻的关系曲线.下面将结合附图对本创造的技术方案进行清楚、完整地描述,明显,所描述的实施例是本创造一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本创造中的实施例,本事域一般技术人员在没做出制造性劳动前提下所获得的全部其他实施例,都属于本创造庇护的范围。25.在本创造的描述中,需要解释的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指 示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为便于描述本创造和简化描述, 而不是指示或示意所指的装置或元件必需具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不 能理解为对本创造的限制。 26.此外,下面所描述的本创造不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就 可以相互结合。 27.对比例 28.参考图 1,一种电解制氢系统 100,包括电解槽 110、第一气液分别器 121 和其次气液分 别器122。 29.电解槽 110 具有阴极侧出口。阴极侧出口靠近电解槽110 的阴极(图中未示出阴极位置), 阴极侧出口适于电解液和阴极侧产生的气体(氢气)流出电解槽。电解槽的阴极侧出口通过第一 气液输出管路141 连通第一气液分别器121 的入口。氢气在电解槽110 的阴极产生,随电解 液流出电解槽进入第一气液分别器121,从第一气液分别器121 分别出去,同时电解液沿第一 输入管路143 连续循环。 30.电解槽 110 具有阳极侧出口。阳极侧出口靠近电解槽110 的阳极(图中未示出阳极位置), 阳极侧出口适于电解液和阳极侧产生的气体(氧气)流出电解槽。电解槽的阳极侧出口通过其次 气液输出管路142 连通其次气液分别器122 的入口。氧气在电解槽110 的阳极产生,随电解 液流出电解槽进入其次气液分别器122,从其次气液分别器122 分别出去,同时电解液沿其次 输入管路144 连续循环。 31.电解槽110 具有供循环电解液流入的入口,入口位于电解槽的正中,第三输入管路145 VI通该入口,并且连通第一气液分别器121 的液体出口的第一输入管路143 和连通其次 气液分别器 122 的液体出口的其次输入管路 144 分别连通该输入管路 145,从第一气液分别 121和其次气液分别器 122 流出的电解液汇入第三输入管路 145,进入电解液,形成混合 式循环。同时第三输入管路145 上设置有液泵130,以把握液体的流量。 32.这样的电解制氢系统,在低功率下,由于总系统内电解液流淌相对缓慢,电解速率也相 对较低,电解槽中存在肯定量的气体随电解液横向流淌,特殊是阴极侧的氢气简洁流淌至阳极 侧,进而随电解液和氧气从阳极侧的其次气液分别器离开系统,使得氧气侧的氧气中氢含量较 高,简洁接近危急值,存在平安隐患。因此为了平安生产,通常电解槽最低负荷设置的输入功 率相比来说较高(一般设定输入功率的最低负荷为额定功率的40%)。 33.实施例1 34.参考图 2,本实施例供应一种电解制氢系统 200,包括电解槽 210、第一气液分别器 221 和其次气液分别器222。 35.其中,电解槽为零间隙双极碱性电解槽。 36.电解槽210 的阴极一侧和第一气液分别器221 通过第一循环管路挺直连通。 37.电解槽210 的阳极一侧和其次气液分别器222 通过其次循环管路挺直连通。 38.电解制氢系统 200 还包括第三输入管路 245,第三输入管路 245 分别连通第一循环管路、 其次循环管路和电解槽210。 39.具体的,第一循环管路包括第一气液输出管路241 和第一输入管路243。 40.电解槽 210 具有阴极侧出口,阴极侧出口靠近电解槽210 的阴极(图中未示出阴极位置), 阴极侧出口适于电解液和阴极侧产生的气体(氢气)流出电解槽210。电解槽210 的阴极侧出口 通过第一气液输出管路241 连通第一气液分别器221 的入口。电解槽210 还包括阴极侧入口, 阴极侧入口靠近电解槽 210 的阴极,位于阴极侧出口的相对一侧,阴极侧入口适于电解液流 入电解槽210。第一输入管路243 连通第一气液分别器221 的液体出口和阴极侧入口。 VII 41.其次循环管路包括其次气液输出管路242 和其次输入管路244。 42.电解槽 210 具有阳极侧出口。阳极侧出口靠近电解槽210 的阳极(图中未示出阳极位置), 阳极侧出口适于电解液和阳极侧产生的气体(氧气)流出电解槽210。电解槽210 的阳极侧出口 通过其次气液输出管路242 连通其次气液分别器222 的入口。电解槽210 还包括阳极侧入口, 阳极侧入口靠近电解槽 210 的阳极,位于阳极侧出口的相对一侧,阳极侧入口适于电解液流 入电解槽210。其次输入管路244 连通其次气液分别器222 的液体出口和阳极侧入口。 43.电解槽 210 还包括第三入口,第三入口位于阳极侧入口和阴极侧入口之间,例如可以位于 电解槽210 的正中。第三输入管路245 通过第三入口连通电解槽210。 44.本实施例的电解制氢系统 200,第一循环管路在阴极一侧,其次循环管路在阳极一侧,可 以实现电解液的分别式循环。而第三输入管路连通第一循环管路、其次循环管路和电解槽210, 即间接连通电解槽 210 和第一气液分别器 221、其次气液分别器 220 也形成一个循环,可以