电解水制氢系统及制氧子系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电解水制氢系统，其中直流电源的电源正极和负极分别与电解槽的阳极电极和阴极电极连接；电解槽的阳极区上部氧气出口连接至氧分离器的热能循环水进口，氧分离器顶部的气相出口经冷却器冷却后进入氧气汽水分离器；原料水箱底部经阀门与碱液进液口连接；电解槽的阴极区上部氢气及混合碱液出口连接至氢分离器的循环碱液进口，氢分离器顶部的气相出口经冷却器冷却后，进入氢气汽水分离器。本发明专利技术还公开了一种电解水制氧子系统。本发明专利技术提供了一种电化学反应与热化学反应相结合而制取氢气的系统，实现氢气和氧气的分步制取，系统可有效实施和运行，能够产生一定的社会效益和经济效益。会效益和经济效益。会效益和经济效益。

【技术实现步骤摘要】
电解水制氢系统及制氧子系统


[0001]本专利技术涉及电解水制氢
，特别涉及一种电解水制氢系统及制氧子系统。

技术介绍

[0002]在我国目前的成熟制氢工业中，电解水制氢被认为是最理想的无任何污染的氢气来源，同时氢气作为与可再生能源相结合的，发展和高效利用清洁能源，对我国乃至整个国际社会和世界经济的可持续发展都具有重要意义。
[0003]目前，电解水制氢主流技术主要有三种：碱性电解水制氢、质子交换膜(PEM)电解水制氢和固体氧化物电解水制氢技术。其中，碱水电解制氢是实现大规模制氢的重要技术，也是目前最成熟的制氢技术之一。
[0004]工业碱性水电解制氢的工艺技术是以水为原料，采用由水电解槽、氢(氧)气液分离器、氢(氧)气冷却器、氢(氧)气洗涤器等设备组合的电解制氢装置，将工业软水经纯水装置制取纯水，并送入原料水箱，经补水泵输入碱液系统，在直流电的作用下，进行原料水的电解，在碱性电解槽中，水被分解成H2与O2，其中，从电解小室出来的氢气和碱液的混合物一起通过阴极侧的气道流出，进入氢气液分离器下部，在重力作用下进行气液分离，分离出的氢气进入洗涤器进行洗涤和冷却，最后，进入干燥除湿，分离的氢气由调节阀控制输出，送入氢气储罐后进入储存系统；由电解槽产生的氧气和碱液的混合物进入氧气分离器，分离后的氧气经氧气调节阀排空。
[0005]随着电解水制氢技术的发展，在传统的碱性水电解技术基础上，出现了利用电化学反应和热化学反应相结合的方法进行电解水分步制取氢气和氧气的工艺技术，即在电解系统中，阴极电极采用二元或三元金属化合物的析氢催化电极，阳极电极采用具有双向可逆(氧化/还原)反应的金属化合物电极，以实现氢气和氧气的分步制取：
[0006]制氢时，在外部电解直流电源通电的情况下(阳极和阴极分别与电源的正极和负极连接)，在阴极电极侧，由于析氢催化剂的作用，水分子在阴极析氢催化电极表面被电化学还原，而释放出氢气；在阳极电极侧，具有双向可逆(氧化/还原)反应的金属化合物电极，则发生电化学氧化反应，但并不释放氧气。
[0007]制氧时，断开外部直流电源，采用热化学反应激活的方法，将电解液或阳极电极加热至90℃
‑
100℃左右，此时，具有可逆(氧化/还原)反应的阳极电极，由于热力学的不稳定性，发生热化学还原反应而被还原，在阳极电极的周围产生并释放氧气。
[0008]中国专利CN 111074291 A公开了一种新型电解水制氢工艺，对上述的电解水分步制取氢气和氧气的进行了描述，但目前尚无在工艺生产和制造的制氢系统中如何实现上述技术应用的装置和系统，以实现在大规模制氢方面和大幅度降低成本方面创造较大的社会效益和经济效益。

技术实现思路

[0009]针对现有技术以及上述的电解水分步制取氢气和氧气的方法，尚缺乏实用化和可
实施、运行的，能够产生社会效益和经济效益的一种系统或装置，本专利技术提出了一种电解水制氢系统及制氧子系统。
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0011]一种电解水制氢系统，包括电解槽、直流电源、氧分离器、氢分离器、氧气汽水分离器、氢气汽水分离器和原料水箱；所述直流电源的电源正极和负极分别与所述电解槽的阳极电极和阴极电极连接，所述电解槽的底部设有碱液进液口；所述电解槽的阳极区上部氧气出口连接至所述氧分离器的热能循环水进口，所述氧分离器顶部的气相出口经冷却器冷却后进入所述氧气汽水分离器，所述氧气汽水分离器出口与氧气储罐连接或者放空；所述原料水箱底部经阀门与所述碱液进液口连接；所述电解槽的阴极区上部氢气及混合碱液出口连接至所述氢分离器的循环碱液进口，所述氢分离器顶部的气相出口经冷却器冷却后，进入所述氢气汽水分离器，所述氢气汽水分离器出口与氢气储罐连接或至氢气洗涤器的进口进行氢气的洗涤、干燥和净化，对外供氢。
[0012]优选的，电解水制氢系统还包括碱液循环泵、碱液过滤器和碱液冷却器；所述氢分离器底部设有碱液循环液出口，所述碱液循环液出口依次经所述碱液循环泵、碱液过滤器和所述碱液冷却器连接至所述碱液进液口。
[0013]优选的，电解水制氢系统还包括配碱箱和配碱泵；所述配碱箱底部经阀门连接至所述配碱泵入口，所述配碱泵出口与所述碱液进液口连接。
[0014]优选的，所述氧分离器的底部设置有管道与所述原料水箱的顶部管道连接。
[0015]优选的，电解水制氢系统还包括热源和热能补水泵；所述原料水箱底部经管道与所述热源连接，所述热源经所述热能补水泵与所述碱液进液口连接。
[0016]优选的，所述热能补水泵经支路管路与所述原料水箱连通。
[0017]优选的，所述氧分离器、原料水箱、热能补水泵以及连接管道均进行保温处理。
[0018]优选的，电解水制氢系统还包括氮气罐；所述氮气罐经管道所述碱液进液口连接。
[0019]优选的，所述氢气汽水分离器的底部经阀门连接至氢水排水水封机构。
[0020]优选的，所述氧气汽水分离器的底部经阀门连接至氧气排水口排出。
[0021]本专利技术还提供了一种电解水制氧子系统，包括电解槽、直流电源、氧分离器、氧气汽水分离器、热源和原料水箱；所述直流电源的电源正极和负极分别接通所述电解槽的阳极电极和阴极电极，所述电解槽的底部设有碱液进液口；所述电解槽的阳极区上部连接至所述氧分离器的热能循环水进口，所述氧分离器顶部的气相出口经冷却器冷却后进入所述氧气汽水分离器，所述氧气汽水分离器出口与氧气储罐连接或者放空；所述氧分离器的底部设置有管道与所述原料水箱的顶部管道连接；所述原料水箱底部经管道与所述热源连接，所述热源经所述热能补水泵与所述碱液进液口连接。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023]1、本专利技术提供了一种电化学反应与热化学反应相结合而制取氢气(及氧气)的系统，配合采用无膜的电解槽，能够实现对电解水的制氧过程与制氢过程分离开来，分步进行制取。
[0024]2、本系统与传统的碱性电解水制氢的系统相比，结合所述的分步制取氢气(及氧气)的方法，对电解水制氢(氧)系统进行了优化和改进，单独形成制取氧气的子系统，针对制氧系统增加了保温设计，可以实现电解水制氢(氧)整体系统的快速启动及低温启动，较
传统碱性电解水制氢(氧)启动时间更短。同时系统采用热水或饱和蒸汽通入电解槽内置换出氧气的同时，也为系统补充提供了电解液。
[0025]3、在制氧的子系统中，热源的提供，不仅实现了制氧过程中的热化学反应激活分解制氧，而且为系统提供了电解水过程中所需的热量，能够有效的提高系统效率。
[0026]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的全部优点。
附图说明
[0027]图1为本专利技术一种电解水制氢系统的结构图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解水制氢系统，其特征在于：包括电解槽、直流电源、氧分离器、氢分离器、氧气汽水分离器、氢气汽水分离器和原料水箱；所述直流电源的电源正极和负极分别与所述电解槽的阳极电极和阴极电极连接，所述电解槽的底部设有碱液进液口；所述电解槽的阳极区上部氧气出口连接至所述氧分离器的热能循环水进口，所述氧分离器顶部的气相出口经冷却器冷却后进入所述氧气汽水分离器，所述氧气汽水分离器出口与氧气储罐连接或者放空；所述原料水箱底部经阀门与所述碱液进液口连接；所述电解槽的阴极区上部氢气及混合碱液出口连接至所述氢分离器的循环碱液进口，所述氢分离器顶部的气相出口经冷却器冷却后，进入所述氢气汽水分离器，所述氢气汽水分离器出口与氢气储罐连接或至氢气洗涤器的进口进行氢气的洗涤、干燥和净化，对外供氢。2.根据权利要求1所述的一种电解水制氢系统，其特征在于：包括碱液循环泵、碱液过滤器和碱液冷却器；所述氢分离器底部设有碱液循环液出口，所述碱液循环液出口依次经所述碱液循环泵、碱液过滤器和所述碱液冷却器连接至所述碱液进液口。3.根据权利要求1所述的一种电解水制氢系统，其特征在于：包括配碱箱和配碱泵；所述配碱箱底部经阀门连接至所述配碱泵入口，所述配碱泵出口与所述碱液进液口连接。4.根据权利要求1所述的一种电解水制氢系统，其特征在于：所述氧分离器的底部设置有管道与所述原...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：上海羿沣氢能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：