一种船舶加氢站制氢制氧系统及方法与流程

本发明涉及船舶加氢站，特别是一种船舶加氢站制氢制氧系统及方法。

背景技术：

1、氢气作为一种低能耗、低污染、高能效的能源，被广泛应用在能源动力设备中，现阶段已有部分汽车、轮船、飞机等采用氢气作为燃料能源。以氢燃料汽车为例，氢燃料汽车上通常可以设置有储氢装置(比如储氢瓶)，通过预先向储氢装置中充入氢气，使得储氢装置可以将存储的氢气通过燃料系统向驱动装置供电，驱动氢燃料汽车运动。然而对于船舶来说，所需要的氢气量巨大，通过储氢瓶进行加氢过程不太符合实际需求，因此需要将船只开往岸边的加氢站进行加氢过程；然而目前加氢站本身不具备制氢站，均是通过制氢化工厂生产氢气后，通过罐装车输送至加氢站，所需要的运输成本较大，并且一般一个船只所需要的储氢量是240kg左右，若是单纯地通过罐装车输送的氢气罐进行加氢，需要耗费的加氢时间较长（约三四个小时左右），影响交通运输效率；也有专利kr20230063978a-海上加氢站，其利用利用风力发电，并利用风力发电机产生的电力电解海水，然后储存由该单元和电解单元产生的氢气，这种自身携带的加氢站本身为便携式，制氢量较小，只能满足小型船只加氢的需求，而且还依赖外界条件（例如风力大小）；因此亟待设计一种船舶加氢站制氢制氧系统，以满足江河流域船只加氢的巨大用量需求，提高加氢效率，同时能够生产出副产品氧气进行灌装，增加经济效益。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述不足，提供一种船舶加氢站制氢制氧系统及方法，以满足江河流域船只加氢的巨大用量需求，提高加氢效率，同时能够生产出副产品氧气进行灌装，增加经济效益。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种船舶加氢站制氢制氧系统，包括电解槽系统、纯水循环系统、氢气分离系统、氧气分离系统、氢气纯化系统和氧气收集系统，所述电解槽系统包括pem电解槽，所述pem电解槽氢气出气孔通过氢气管道与氢气分离系统连接，所述pem电解槽氧气出气孔通过氧气管道与氧气分离系统连接，氢气分离系统氢气出口通过管道与氢气纯化系统连接，氧气分离系统氧气出口通过管道与氧气收集系统连接。

3、优选地，所述纯水循环系统包括纯水罐，所述纯水罐一出水口通过第一纯水管线与纯水换热器进水口连接，纯水换热器出水口通过管线与pem电解槽连接，第一纯水管线上设有纯水循环泵。

4、优选地，所述氢气分离系统包括与氢气管道连接的氢水分离器，所述氢水分离器的出气端通过氢气出气管道与氢气纯化系统连接，氢气出气管道上依次设有氢气冷却器和第一气水分离器，氢气冷却器和第一气水分离器排水端均通过第一纯水回流管线与氢水分离器回水口连接。

5、优选地，所述氧气分离系统包括与氧气管道连接的氧水分离器，所述氧水分离器的出气端通过氧气出气管道与氧气收集系统连接，氧气出气管道上依次设有氧气冷却器和第二气水分离器，氧气冷却器和第二气水分离器排水端均通过第二纯水回流管线与氧水分离器回水口连接。

6、优选地，所述纯水罐另一出水口通过第二纯水管线分别与氢水分离器补水口和氧水分离器补水口连接，第二纯水管线上设有纯水补水泵，氢水分离器排水端和氧水分离器排水端均通过排水管线与纯水罐回水口连接，纯水罐排水口通过第三纯水管线与集水器连接，纯水罐进水口设有纯水进水管线。

7、优选地，所述排水管线还与不合格纯水排放管线连接，不合格纯水排放管线上设有在线电导率仪及电磁阀。

8、优选地，所述氢气纯化系统包括与氢气出气管道连接的第三气水分离器，所述第三气水分离器出气端通过管线与脱氧器进气端连接，所述脱氧器出气端通过管线与脱氧冷却器连接，所述脱氧冷却器的出气管线上依次设有多个第四气水分离器，第三气水分离器和第四气水分离器排水端均通过管线与集水器连接，集水器上还设有氢气放空管线和排污管线。

9、优选地，所述脱氧冷却器的出气管线上依次设有三个第四气水分离器，第一个第四气水分离器的出气端通过管线与第一再生冷却器进口连接，第一再生冷却器出口通过管线与干燥器a进口连接，第二个第四气水分离器的出气端通过管线与第二再生冷却器进口连接，第二再生冷却器出口通过管线与干燥器b进口连接，第三个第四气水分离器的出气端通过管线与第三再生冷却器进口连接，第三再生冷却器出口通过管线与干燥器c进口连接，所述干燥器a、干燥器b和干燥器c出口均通过管线与过滤器连接，过滤器出口与产品氢气管线连接。

10、优选地，第一个第四气水分离器进口端管线设置第一阀门，第二个第四气水分离器进口端管线设置第二阀门，第三个第四气水分离器进口端管线设置第三阀门。

11、优选地，所述氧气收集系统包括与氧气出气管道连接的第一储罐，所述第一储罐出口通过管线与除氢器进口连接，除氢器出口通过管线与除氢冷却器进口连接，所述除氢冷却器出口通过管线与第五气水分离器进口连接，第五气水分离器出口通过管线与氧气干燥器进口连接，氧气干燥器出口通过管线与第二储罐进口连接，第二储罐出口通过管线与增压机一侧连接，增压机另一侧通过管线与氧气瓶组进口连接，第五气水分离器排水端设有排放管线，所述排放管线伸入到江河中的曝气或增氧区域。

12、另外，本发明还公开上述船舶加氢站制氢制氧系统的使用方法，它包括如下步骤：

13、s1、纯水循环系统将经过净化后的纯水送入到电解槽系统中的pem电解槽内，pem电解槽内的原料水在直流电流作用下将会发生分解，产生的氢气夹带着纯水蒸汽通过氢气管道进入到氢气分离系统内，产生的氧气夹带着纯水蒸汽通过氧气管道进入到氧气分离系统内；

14、s2、氢气分离系统将来自pem电解槽的氢气同纯水进行分离，得到粗氢产品，然后通入到氢气纯化系统内；氧气分离系统将来自pem电解槽的氧气同纯水进行分离，得到粗氧产品，然后通入到氧气收集系统内；

15、s3、经过氢气分离系统分离的水暂存在氢水分离器内，经过氧气分离系统分离的水暂存在氧水分离器中，经过在线电导率仪检测水质符合要求时，氢水分离器及氧水分离器内的水通过排水管线进入到纯水罐内重复使用，而当在线电导率仪检测水质不符合要求时，不合格纯水排放管线上的电磁阀打开，从而将水排放处理；

16、s4、粗氢产品在氢气纯化系统内，经过气水分离后，先经过脱氧器将氢气中混杂的氧气转化成水，然后经过冷却后，再次经过气水分离后，依次通过干燥器a、干燥器b和干燥器c进行干燥，将氢气中的水吸附除去；经过干燥后的氢气送入过滤器中过滤后，可得符合产品品质要求的合格氢气；

17、s5、粗氧产品在氧气收集系统内，经过除氢器将氧气中混杂的氢气转化成水，然后经过冷却和气水分离后，通过氧气干燥器进行干燥，最后经过增压机增压后，通入到氧气瓶组内进行储存，而第五气水分离器分离的液体通过排放管线流入到江河中的曝气或增氧区域。

18、进一步地，所述步骤s4中，当需要对干燥器a、干燥器b和干燥器c中的干燥剂进行再生时，其再生步骤如下：

19、step1、打开第一阀门和第三阀门，并关闭第二阀门，此时干燥器a和干燥器c继续干燥工作，而干燥器b停止干燥工作，并打开干燥器b的电加热元件，干燥器b内的温度上升，吸附在其分子筛上的水分将被逐渐解吸，完成再生后，打开第二阀门，并开启第二再生冷却器，经过冷却的氢气携带着解吸的水分通过过滤器，并且冷却的氢气可以快速对升温的干燥器b进行冷却，使其投入使用的时间提前；

20、step2、打开第二阀门和第三阀门，并关闭第一阀门，此时干燥器b和干燥器c继续干燥工作，而干燥器a停止干燥工作，并打开干燥器a的电加热元件，干燥器a内的温度上升，吸附在其分子筛上的水分将被逐渐解吸，完成再生后，打开第一阀门，并开启第一再生冷却器，经过冷却的氢气携带着解吸的水分通过过滤器，并且冷却的氢气可以快速对升温的干燥器a进行冷却，使其投入使用的时间提前；

21、step3、打开第一阀门和第二阀门，并关闭第三阀门，此时干燥器a和干燥器b继续干燥工作，而干燥器c停止干燥工作，并打开干燥器c的电加热元件，干燥器c内的温度上升，吸附在其分子筛上的水分将被逐渐解吸，完成再生后，打开第三阀门，并开启第三再生冷却器，经过冷却的氢气携带着解吸的水分通过过滤器，并且冷却的氢气可以快速对升温的干燥器c进行冷却，使其投入使用的时间提前。

22、本发明有益效果：

23、1、本发明的船舶加氢站制氢制氧系统可以满足江河流域船只加氢的巨大用量需求，提高了加氢效率，能够实现1个小时加注240kg氢气的用量要求，对于储氢量是240kg的氢能船，只需要等候1小时，大大缩短了加氢时间，同时能够生产出副产品氧气进行灌装，增加经济效益；

24、2、本发明经过氢气分离系统分离的水暂存在氢水分离器内，经过氧气分离系统分离的水暂存在氧水分离器中，经过在线电导率仪检测水质符合要求时，氢水分离器及氧水分离器内的水通过排水管线进入到纯水罐内重复使用，而当在线电导率仪检测水质不符合要求时，不合格纯水排放管线上的电磁阀打开，从而将水排放处理；通过上述过程可以实现纯水资源的有效利用，节省了生产成本。

25、3、本发明的排放管线伸入到江河中的曝气或增氧区域，一般情况下，排放管线排出的液体也残留有少量的氧气，所以可以利用这一特性，直接将液体排入到江河中（特别是鱼群聚集区），氧气溶解在水中，可以增加河水的含氧量，促进鱼群的生长，同时氧气在水中溶解时，也可以产生气泡，促进曝气过程；上述过程对生态环境起到了明显的改善作用。

26、4、本发明在需要对干燥器内部的干燥剂进行再生时，通过第一阀门、第二阀门和第三阀门的轮流开闭过程，可以控制干燥器a、干燥器b和干燥器c依次进行干燥工作和再生过程；使得再生和干燥工作同时进行，实现在再生过程进行的同时，较少影响其干燥过程。