一种带干燥、提纯功能的小型制氢系统技术方案

本发明专利技术提供一种带干燥、提纯功能的小型制氢系统，通过采用低温分离技术、变压吸附技术以及膜分离技术相结合，在对电解槽输出的氢气进行提纯的过程中，先利用汽水分离器中的冷凝器对氢气进行低温冷却，以使得氢气中的大部分高温水蒸气以及冷凝液化从氢气中进行第一次脱离，而后，将处理过的氢气通入A\B缸进行变压吸附提纯，吸收氢气中残留的少部分水蒸气，对氢气进行高效提纯，以产出符合要求的高纯度氢气；并且，在对A\B缸进行解吸过程中，将采用膜分离子系统来回收废气，再将氢气回收至汽水分离器与电解槽产出的氢气一起再次采取低温分离和变压吸附分离的过程，形成废气循环利用，从而减少废气产生，提高系统的单位产量。提高系统的单位产量。提高系统的单位产量。

【技术实现步骤摘要】
一种带干燥、提纯功能的小型制氢系统


[0001]本专利技术涉及电解水制氢的
，尤其涉及一种带干燥、提纯功能的小型制氢系统。

技术介绍

[0002]氢能源作为最清洁的二次能源已经成为我国重要的发展方向。而当前阶段，我国60％的氢气还是主要通过化石能源来制取，这种方式虽然生产成本较低，但会对环境产生大量污染，同时伴随大量的碳排放。水电解制氢作为一种将电能直接转化为氢能的技术，其转化效率高、无污染、无碳排放，是未来新能源的重点发展方向。
[0003]PEM水电解技术是制氢领域极具发展前景的水电解制氢技术之一，相比传统的碱性水电解制氢，仅需纯水，输出的副产物只有氧气和水，对环境无污染；并且还具备转换效率高、输出压力大、纯度高等特点。
[0004]高纯度的氢气制备与制取方式和提纯方式密切相关，即PEM电解槽和纯化系统有很大关系，由于PEM水电解制氢只会产生氧气和水两种副产物，二氧气是与氢气是在分别在阴、阳极电解室内产生，与氢气同时析出的只有水，因此，只要去除氢气中的水就能够对氢气达到纯化的目的。
[0005]目前，氢气纯化技术主要有膜分离技术、低温分离技术、变压吸附技术、金属氢化法和氢化脱氢法等，在PEM水电解制氢系统中，主要采用的是变压吸附提纯技术进行提纯，变压吸附提纯是利用微孔吸附材料在气液或气体中的一种或几种组分上的选择性吸附原理，将水蒸气从氢气中进一步分离出来，以达到对氢气的纯化目的。一般情况下，吸附床中的吸附剂的吸引比化学分子小，所以升高温度或降低吸附物的局部压力都可能使吸附物（即水蒸气）消失。利用这一特性，可以使得吸附物与吸附剂分离，使得吸附剂得以再生。
[0006]然后，氢气的析出侧不仅有水蒸气，其中还会存在有从水的析出，加之氢气在管路运送的过程中，水蒸气也会冷凝液化，这样，缸内的吸附吸很容易得到保护，A\B缸交替吸附和解吸的间隔短，而解吸过程是通过逆放过程和冲洗过程使吸附剂中的水解吸出来，从而实现吸附剂再生。但是这个过程中是采用产品氢气（顺放气）对吸附剂进行逆向的冲洗而实现的，且为了使得吸附剂再生彻底，往往需要较长的时间，这就得损失不少的高纯氢，在许多的变压吸附提纯装置中，解吸气中氢含量可达到40%甚至更高，这就造成了宝贵的氢气资源的浪费。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种带干燥、提纯功能的小型制氢系统，通过采用低温分离技术、变压吸附技术以及膜分离技术相结合，不仅能够有效脱除氢气中的水和水蒸气，为高纯度氢气的制备提供基础，同时还能够减低在变压吸附过程中氢气的损耗，提高氢气的单位产量。
[0008]本专利技术的技术方案如下：一种带干燥、提纯功能的小型制氢系统，用于纯水电解制备高纯度氢气，其特征在
于，包括电解槽、汽水分离器、PSA变压吸附子系统以及膜分离子系统；所述电解槽的氢气出口以及膜分离子系统的氢气回收口通过管路与汽水分离器连接，所述汽水分离器的氢气出口与PSA变压吸附子系统的氢气入口连接，所述PSA变压吸附子系统的排气口通过管路与所述膜分离子系统连接；其中，所述PSA变压吸附子系统包括内部填充有用于吸附水蒸气的吸附剂的A缸和B缸，以及进气排气阀组，所述A缸和B缸的进气端分别通过第一管路和第二管路与进气排气阀组连接；所述膜分离子系统包括第一水封、第二水封、抽氢风机、缓冲罐以及膜分离器，所述汽水分离器的排水口与所述第一水封连接，所述进气排气阀组的排气口与所述第二水封连接，所述第一水封和第二水封的排气口通过管路与所述抽氢风机连接，所述抽氢风机、缓冲罐、膜分离器通过管路依次连通，所述膜分离器的排气口与所述汽水分离器的氢气入口连接。
[0009]可选地，所述A缸和B缸的进气端分别设置有第一管路和第二管路，所述第一管路和第二管路分别设置第一T型过滤器和第二T型过滤器；所述A缸和B缸的出气端分别通过第三管路和第四管路，所述第三管路和第四管路分别设置第三T型过滤器和第四T型过滤器。
[0010]可选地，所述第三管路和第四管路之间设置有第五管路，所述第五管路上设置有第一精度调节阀、热管换热器、第二精度调节阀，所述热管换热器的冷风口连接在第五管路上，所述热管换热器的热风口通过管路与电解槽的出氢管路连接。
[0011]可选地，所述热管换热器的两端分别设置第一温度传感器和第二温度传感器。
[0012]可选地，所述第三管路和第四管路上分别设置有第一压力传感器和第二压力传感器。
[0013]可选地，所述缓冲罐与膜分离器的连通管路上设置有第三精度调节阀。
[0014]可选地，所述第三精度调节阀的两端分别设置有第三压力传感器和第四压力传感器。
[0015]可选地，所述膜分离器内设置有第五压力传感器。
[0016]可选地，该小型制氢系统还包括纯水箱，所述纯水箱与所述电解槽连接，用于向电解槽供水；所述第一水封、第二水封以及膜分离器的排水口与纯水箱连接，用于将氢气带出的水回收到纯水箱内。
[0017]可选地，所述第一水封与所述纯水箱之间设置有直连管路。
[0018]根据本专利技术提供的带干燥、提纯功能的小型制氢系统，通过采用低温分离技术、变压吸附技术以及膜分离技术相结合，在对电解槽输出的氢气进行提纯的过程中，先利用汽水分离器中的冷凝器对氢气进行低温冷却，以使得氢气中的大部分高温水蒸气以及冷凝液化从氢气中进行第一次脱离，而后，将处理过的氢气通入A\B缸进行变压吸附提纯，吸收氢气中残留的少部分水蒸气，对氢气进行高效提纯，以产出符合要求的高纯度氢气；并且，在对A\B缸进行解吸过程中，将采用膜分离子系统来回收废气，利用水封来清洗废气，除去废气中的水分，再利用抽氢风机将废气抽出至缓冲罐体内，使得氢气以高压形式进入膜分离器，在膜分离器作用下将废气中的水汽进一步分离出去，形成清洁氢气，再将氢气回收至汽水分离器与电解槽产出的氢气一起再次采取低温分离和变压吸附分离的过程，形成废气循
环利用，从而减少废气产生，提高系统的单位产量。
附图说明
[0019]图1为本专利技术一实施例的结构示意图。
[0020]图2为本专利技术一实施例中PSA变压吸附子系统的结构示意图。
[0021]图3为本专利技术一实施例中膜分离子系统的结构示意图。
[0022]图4为本专利技术另一实施例中PSA变压吸附子系统的结构示意图。
具体实施方式
[0023]以下结合附图和具体实施例，对本专利技术进行详细说明。
[0024]如图1所示，本专利技术提供了一种带干燥、提纯功能的小型制氢系统，用于纯水电解制备高纯度氢气，其包括纯水箱500、电解槽100、汽水分离器200、PSA变压吸附子系统300以及膜分离子系统400。电解槽的氢气出口以及膜分离子系统氢气回收口通过管路与汽水分离器连接，汽水分离器的氢气出口与PSA变压吸附子系统的氢气入口连接，PSA变压吸附子系统的氢气出口与系统的氢气输出管路连接，PSA变压吸附子系统排气口通过管路与膜分离子系统连接。
[0025]汽水分离器包括蓄水缸和设置在蓄水缸上端并与蓄水缸连通的冷凝器，冷凝器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带干燥、提纯功能的小型制氢系统，用于纯水电解制备高纯度氢气，其特征在于，包括电解槽、汽水分离器、PSA变压吸附子系统以及膜分离子系统；所述电解槽的氢气出口以及膜分离子系统的氢气回收口通过管路与汽水分离器连接，所述汽水分离器的氢气出口与PSA变压吸附子系统的氢气入口连接，所述PSA变压吸附子系统的排气口通过管路与所述膜分离子系统连接；其中，所述PSA变压吸附子系统包括内部填充有用于吸附水蒸气的吸附剂的A缸和B缸，以及进气排气阀组，所述A缸和B缸的进气端分别通过第一管路和第二管路与进气排气阀组连接；所述膜分离子系统包括第一水封、第二水封、抽氢风机、缓冲罐以及膜分离器，所述汽水分离器的排水口与所述第一水封连接，所述进气排气阀组的排气口与所述第二水封连接，所述第一水封和第二水封的排气口通过管路与所述抽氢风机连接，所述抽氢风机、缓冲罐、膜分离器通过管路依次连通，所述膜分离器的排气口与所述汽水分离器的氢气入口连接。2.根据权利要求1所述的带干燥、提纯功能的小型制氢系统，其特征在于，所述A缸和B缸的进气端分别设置有第一管路和第二管路，所述第一管路和第二管路分别设置第一T型过滤器和第二T型过滤器；所述A缸和B缸的出气端分别通过第三管路和第四管路，所述第三管路和第四管路分别设置第三T型过滤器和第四T型过滤器。3.根据权利要求2所述的带干燥、提纯功能的小型制氢系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓晋，李晓浩，张杰，
申请(专利权)人：时代氢源深圳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：