一种适用宽功率波动的分立循环水电解工艺及设备的制作方法

本发明涉及水电解，特别是涉及一种适用宽功率波动的分立循环水电解工艺及设备。

背景技术：

1、太阳能和风能发电，波动性很强，为更充分利用其所发电能，要求电解槽具有很好的宽功率波动的适应性，而低电流密度下运行时，碱水电解槽产出的氧中氢浓度较高，容易超出设备安全运行的控制点，影响电解槽系统的安全运行，因此碱水电解槽系统的低功率运行受到限制，从而影响绿色能源的利用效率，产生较多的弃电和弃风。采用混合式流程，因碱液中纳米级气泡存在时间较长，分离器中无法完全分离，导致循环碱液中含气较高，这部分气泡进入电解小室后容易造成产气纯度降低，从而影响系统的安全运行。常用的混合式流程的功率波动下限为50％，再低就无法保证系统的安全性。

2、分立式流程带来的问题是随着电解操作时间的延长，氢侧的碱液浓度逐渐高于氧侧的碱液浓度，从而造成槽电压升高，增加电耗。分立式流程还容易造成隔膜两侧压力差增大，从而影响产气纯度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适用宽功率波动的分立循环水电解工艺及设备，达到平衡两侧碱液浓度及压力差、提高氧气和氢气的纯度，降低能耗的目的。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种适用宽功率波动的分立循环水电解工艺，包括以下步骤：电解液在电解槽中电解并产生含液氢气和含液氧气，所述含液氢气经过分离后产生氢气和含氢残液，所述含液氧气经过分离产生氧气和含氧残液，所述氢气和所述氧气分别通过氧气输出管和所述氢气输出管收集，所述含氧残液和所述含氢残液经过滤冷却后分别回流至所述电解槽的氧侧小室和氢侧小室，并分别形成含氧电解液和含氢电解液，所述含氧电解液和所述含氢电解液分别经过独立的氧侧循环和氢侧循环过程，氧侧循环过程中的氧分离器和氢侧循环过程中的氢分离器通过迁移管连通，当需要补水时，在氢侧流程中的氢综合塔或者氢分离器或者迁移管靠近氢侧进行补水。

4、优选地，包括电解槽、分别与所述电解槽连接的氧气输出管和氢气输出管，所述氧气输出管上沿远离所述电解槽的方向依次设置有氧分离器和氧综合塔，所述氢气输出管上沿远离所述电解槽的方向依次设置有氢分离器以及氢综合塔，所述氧分离器中的电解液通过回流管经由氧侧泵、氧侧过滤器和氧侧冷却器流回电解槽的返液进口，所述氢分离器中的电解液通过回流管经由氢侧泵、氢侧过滤器和氢侧冷却器流回电解槽的返液进口。

5、优选地，所述电解槽包括端极板、隔膜、垫片、极网、极板及中间极板；所述极板中部由分隔板将腔体分成氢侧小室和氧侧小室，在所述极板的边框上设置有与氢侧小室相通的氢气输出孔和氢侧液孔，在所述极板边框上设置有与氧侧小室相通的氧气输出孔和氧侧液孔，在所述极板的边框上还设置有与所述中间极板上的含氢电解液腔相通的氢侧返液孔和与中间极板上含氧电解液腔相通的氧侧返液孔；所述端极板和中间极板与相间隔的多片极板、极网、隔膜、垫片层叠紧固构成电解槽。

6、优选地，所述隔膜垫片为带有氢气输出孔、氢侧液孔、氧气输出孔、氧侧液孔、氢侧返液孔和氧侧返液孔的薄片。

7、优选地，所述中间极板为一个有含氢电解液腔的扁形腔体，在含氢电解液腔内有含氧电解液腔，含氢电解液腔上有氢侧液孔和氢侧返液孔，含氧电解液腔上有氧侧液孔和氧侧返液孔。

8、优选地，所述端极板为带有氢气输出孔、氧气输出孔、氢侧返液孔和氧侧返液孔的板体。

9、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

10、1.本发明在分立循环水解工艺中的补水为单独进行氢侧补水，在分离罐下游增设迁移管，补水改为氢综合塔或者氢分离器或者迁移管靠近氢侧补水，取消氧侧的补水，平衡两侧碱液浓度及压力差，避免分立式流程带来随着电解操作时间的延长，氢侧的碱液浓度逐渐高于氧侧的碱液浓度，从而造成槽电压升高，影响电耗的问题。

11、2.本发明分立式流程中碱液循环量高于混合式流程的30％以上，碱液在电解槽小室中流动更快和更加均匀，则小室内的温度分布更均匀，且降低了碱液含气度，从而减小了碱液电阻，降低了电解槽能耗。

12、3.本发明中满负荷下产出的气体纯度高，氢气≥99.9％，氧气纯度≥99.0％；能在宽功率波动范围内安全运行，50％负荷时，氢气纯度≥99.9％，氧气纯度≥98.8％，30％负荷时，氢气纯度≥99.9％，氧气纯度≥98.7％；20％负荷时，氢气纯度≥99.9％，氧气纯度≥98.5％。直流能耗低，一般为4.1-4.5kw.h/m3h2；循环速度快，比混合式设备快2-3倍，并且节省冷却水20％-30％；电解槽的各电解小室温度均匀，使用寿命长，大修周期平均10年以上。

技术特征：

1.一种适用宽功率波动的分立循环水电解工艺，其特征在于，包括以下步骤：电解液在电解槽中电解并产生含液氢气和含液氧气，所述含液氢气经过分离后产生氢气和含氢残液，所述含液氧气经过分离产生氧气和含氧残液，所述氢气和所述氧气分别通过氧气输出管和所述氢气输出管收集，所述含氧残液和所述含氢残液经过滤冷却后分别回流至所述电解槽的氧侧小室和氢侧小室，并分别形成含氧电解液和含氢电解液，所述含氧电解液和所述含氢电解液分别经过独立的氧侧循环和氢侧循环过程，氧侧循环过程中的氧分离器和氢侧循环过程中的氢分离器通过迁移管连通，当需要补水时，在氢侧流程中的氢综合塔或者氢分离器或者迁移管靠近氢侧进行补水。

2.一种适用宽功率波动的分立循环水电解设备，其特征在于，包括电解槽、分别与所述电解槽连接的氧气输出管和氢气输出管，所述氧气输出管上沿远离所述电解槽的方向依次设置有氧分离器和氧综合塔，所述氢气输出管上沿远离所述电解槽的方向依次设置有氢分离器以及氢综合塔，所述氧分离器中的电解液通过回流管经由氧侧泵、氧侧过滤器和氧侧冷却器流回电解槽的返液进口，所述氢分离器中的电解液通过回流管经由氢侧泵、氢侧过滤器和氢侧冷却器流回电解槽的返液进口。

3.根据权利要求2所述的一种适用宽功率波动的分立循环水电解设备，其特征在于，所述电解槽包括端极板、隔膜、垫片、极网、极板及中间极板；所述极板中部由分隔板将腔体分成氢侧小室和氧侧小室，在所述极板的边框上设置有与氢侧小室相通的氢气输出孔和氢侧液孔，在所述极板边框上设置有与氧侧小室相

4.根据权利要求2所述的一种适用宽功率波动的分立循环水电解设备，其特征在于，所述隔膜垫片为带有氢气输出孔、氢侧液孔、氧气输出孔、氧侧液孔、氢侧返液孔和氧侧返液孔的薄片。

5.根据权利要求4所述的一种适用宽功率波动的分立循环水电解设备，其特征在于，所述中间极板为一个有含氢电解液腔的扁形腔体，在含氢电解液腔内有含氧电解液腔，含氢电解液腔上有氢侧液孔和氢侧返液孔，含氧电解液腔上有氧侧液孔和氧侧返液孔。

6.根据权利要求5所述的一种适用宽功率波动的分立循环水电解设备，其特征在于，所述端极板为带有氢气输出孔、氧气输出孔、氢侧返液孔和氧侧返液孔的板体。

技术总结本发明公开了一种适用宽功率波动的分立循环水电解工艺及设备，电解液在电解槽中电解并产生含液氢气和含液氧气，所述含氧残液和所述含氢残液经过滤冷却后分别回流至所述电解槽的氧侧小室和氢侧小室，含氧电解液和所述含氢电解液分别经过独立的氧侧循环和氢侧循环过程，当需要补水时，在氢侧流程中的氢综合塔或者氢分离器或者迁移管靠近氢侧进行补水；本发明在分立循环水电解工艺中的补水为单独进行氢侧补水，在分离罐下游增设迁移管，补水改为氢侧补水，取消氧侧的补水，平衡两侧碱液浓度及压力差，避免分立式流程带来随着电解操作时间的延长，氢侧的碱液浓度逐渐高于氧侧的碱液浓度，从而造成槽电压升高，影响电耗的问题。技术研发人员：赵迎春,许卫,魏志昆,许莉,孟庆林受保护的技术使用者：天津市大陆制氢设备有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/24