專利名稱：分立式循環(huán)水電解制氫工藝和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的水電解制氫工藝和設(shè)備，具體地說(shuō)，是一種分立式循環(huán)水電解制氫工藝及設(shè)備。
在現(xiàn)有技術(shù)中，水電解制氫都是采用混合式工藝流程，即電解液于水電解制氫設(shè)備的主機(jī)——電解槽中，在直流電作用下分別在小室陰極(氫側(cè)小室)和小室陽(yáng)極(氧側(cè)小室)產(chǎn)出含液氫氣和氧氣，電解產(chǎn)生的含液氫氣和含液氧氣分別經(jīng)氫分離器和氧分離器將氫、氧氣體與循環(huán)堿液分離；分離后的氫氣和氧氣分別進(jìn)入氫綜合塔和氧綜合塔冷卻、捕滴后輸出給用戶；分離出氫氣和氧氣的兩路殘液混合后，經(jīng)過(guò)濾器和冷卻器，過(guò)濾、冷卻后，再泵回電解槽內(nèi)作為循環(huán)電解液參加下一輪電解?，F(xiàn)有技術(shù)的主要不足是在混合式循環(huán)流程中，分離出氫氣和氧氣的混合殘液返回電解槽的氫側(cè)小室和氧側(cè)小室，返回的電解液中殘余的氫氣和氧氣在高溫的作用下會(huì)釋放出來(lái)，同時(shí)，由于流速的下降，電解液中夾帶的氫氣和氧氣會(huì)進(jìn)一步分離出來(lái)，這些氣體和電解后產(chǎn)生的氫氣、氧氣混合在一起，從而導(dǎo)致輸出的氫氣和氧氣純度的降低，產(chǎn)出氫氣純度為99.6％-99.8％，產(chǎn)出氧氣純度為99.0％-99.2％；在混合循環(huán)流程中，電解液循環(huán)流量不能太大，否則會(huì)使氫、氧分離器的分離效果下降，從而導(dǎo)致氣體純度進(jìn)一步降低；電解液循環(huán)量增加受到限制還易造成各電解小室溫度不均勻，使電解槽直流電耗增加，一般混合式循環(huán)能耗為4.5-5.0KWh/M3H2。
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種實(shí)現(xiàn)整個(gè)電解液循環(huán)系統(tǒng)中含氫和含氧電解液分別循環(huán)的工藝流程和設(shè)備，從而解決了循環(huán)電解液中夾帶和溶解的氫、氧氣體問(wèn)題，使產(chǎn)出的氫、氧氣體的純度大大提高，電耗下降、產(chǎn)量增加。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的工藝過(guò)程為電解液于電解槽中電解，電解產(chǎn)生含液氫氣和含液氧氣；含液氫氣經(jīng)過(guò)分離產(chǎn)生出氫氣和含氫殘液，含液氧氣經(jīng)分離產(chǎn)生氧氣和含氧殘液；含氫殘液?jiǎn)为?dú)經(jīng)過(guò)獨(dú)立過(guò)濾和冷卻過(guò)程泵回電解槽的氫側(cè)小室，含氧殘液?jiǎn)为?dú)經(jīng)過(guò)獨(dú)立過(guò)濾和冷卻過(guò)程泵回電解槽的氧側(cè)小室，由此形成含氫電解液和含氧電解液各自獨(dú)立的氫側(cè)循環(huán)和氧側(cè)循環(huán)過(guò)程。
本工藝過(guò)程的設(shè)備流程如

圖1所示，包括電解槽1、氫分離器2、氫綜合塔3、氧分離器4、氧綜合塔5、氫側(cè)泵6、氫側(cè)過(guò)濾器7、氫側(cè)冷卻器8、氧側(cè)泵9、氧側(cè)過(guò)濾器10和氧側(cè)冷卻器11。電解槽的氫氣輸出管接氫分離器，氫分離器的氫氣輸出管與氫綜合塔連接，氫氣由氫綜合塔上的氫氣輸出管12輸出；電解槽的氧氣輸出管接氧分離器，氧分離器的氧氣輸出管與氧綜合塔連接，氧氣由氧綜合塔上的氧氣輸出管13輸出；氫分離器的回流管14經(jīng)過(guò)含氫堿液(電解液)單獨(dú)使用的氫側(cè)泵、氫側(cè)過(guò)濾器和氫側(cè)冷卻器與電解槽的氫側(cè)返液口15連接，氧分離器的回流管16經(jīng)過(guò)含氧堿液(電解液)單獨(dú)使用的氧側(cè)泵、氧側(cè)過(guò)濾器和氧側(cè)冷卻器與電解槽的氧側(cè)返液口17連接；在氧分離器與氫分離器之間接有遷移管18。
由于本發(fā)明采用了上述的分立式循環(huán)水電解制氫技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)是1、產(chǎn)出氣體純度高，氫氣純度≥99.9％，氧氣純度≥99.5％；2、直流能耗低，一般為4.3-4.8KWh/m3H2；3、循環(huán)速度快，比混合式循環(huán)設(shè)備快2-3倍，并且節(jié)省冷卻水20％-30％；4、電解槽的各電解小室溫度均勻，使用壽命長(zhǎng)，大修周期平均10年以上。
本發(fā)明附圖的圖面說(shuō)明如下圖1為本發(fā)明的工藝設(shè)備流程圖；圖2為本發(fā)明的電解槽的示意圖；圖3為本發(fā)明的電解槽的側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明的電解槽的剖視圖；圖5為電解槽的極板示意圖；圖6為電解槽的極板的剖視圖；圖7為電解槽的中間極板示意圖。
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。在實(shí)施例中，電解槽如圖2、3所示，由端極板19、隔膜墊片20、極板21、中間極板22構(gòu)成。極板如圖5和圖6所示，中部由分隔板23將腔體分成氫側(cè)小室24和氧側(cè)小室25；在極板的邊框上有與氫側(cè)小室相通的氫氣輸出孔26和氫側(cè)液孔27，在極板的邊框上有與氧側(cè)小室相通的氧氣輸出孔28和氧側(cè)液孔29，在極板的邊框上有與中間極板上的含氫電解液腔30相通的氫側(cè)返液孔31和與中間極板上的含氧電解液腔32相通的氧側(cè)返液孔33。隔膜墊片為帶有氫氣輸出孔、氫側(cè)液孔、氧氣輸出孔、氧側(cè)液孔、氫側(cè)返液孔和氧側(cè)返液孔的薄片。中間極板為一個(gè)有含氫電解液腔的扁形腔體，在含氫電解液腔內(nèi)有含氧電解液腔，含氫電解液腔上帶有氫側(cè)液孔和氫側(cè)返液孔，含氧電解液腔上有氧側(cè)液孔和氧側(cè)返液孔。端極板為帶有氫氣輸出孔、氧氣輸出孔、氫側(cè)返液孔和氧側(cè)返液孔的板體。端極板和中間極板與相間隔的多片極板、隔膜墊片層疊緊固構(gòu)成電解槽，電解槽端極板上的氫氣輸出孔、氧氣輸出孔、氫側(cè)返液孔和氧側(cè)返液孔作為電解槽的氫氣輸出口、氧氣輸出口、氫側(cè)返液口和氧側(cè)返液口分別與外系統(tǒng)相連接。
權(quán)利要求
1.一種分立式循環(huán)水電解制氫工藝，其電解液于電解槽中電解，電解產(chǎn)生含液氫氣和含液氧氣，含液氫氣經(jīng)過(guò)分離產(chǎn)生氫氣和含氫殘液，含液氧氣經(jīng)分離產(chǎn)生氧氣和含氧殘液，殘液經(jīng)過(guò)濾、冷卻后泵回電解槽，其特征在于含氫殘液和含氧殘液分開(kāi)；含氫殘液?jiǎn)为?dú)經(jīng)過(guò)獨(dú)立過(guò)濾和冷卻過(guò)程泵回電解槽的氫側(cè)小室，含氧殘液?jiǎn)为?dú)經(jīng)過(guò)獨(dú)立過(guò)濾和冷卻過(guò)程泵回電解槽的氧側(cè)小室，形成含氫電解液和含氧電解液各自獨(dú)立的氫側(cè)循環(huán)和氧側(cè)循環(huán)過(guò)程。
2.一種分立式循環(huán)水電解制氫設(shè)備，包括電解槽、氫分離器、氫綜合塔、氧分離器、氧綜合塔、泵、過(guò)濾器和冷卻器；電解槽的氫氣輸出管接氫分離器，氫分離器的氫氣輸出管與氫綜合塔連接，氫氣由氫綜合塔上的氫氣輸出管輸出，氫分離器中的電解液通過(guò)回流管經(jīng)由泵、過(guò)濾器和冷卻器流回電解槽的返液進(jìn)口；電解槽的氧氣輸出管接氧分離器，氧分離器的氧氣輸出管與氧綜合塔連接，氧氣由氧綜合塔上的氧氣輸出管輸出，氧分離器中的電解液通過(guò)回流管經(jīng)由泵、過(guò)濾器和冷卻器流回電解槽的返液進(jìn)口，其特征在于電解槽的反液進(jìn)口分為相互獨(dú)立的氫側(cè)返液口和氧側(cè)返液口；氫分離器的回流管經(jīng)過(guò)含氫電解液(堿液)單獨(dú)使用的氫側(cè)泵、氫側(cè)過(guò)濾器和氫側(cè)冷卻器與電解槽的氫側(cè)返液口連接；氧分離器的回流管經(jīng)過(guò)含氧堿液?jiǎn)为?dú)使用的氧側(cè)泵、氧側(cè)過(guò)濾器和氧側(cè)冷卻器與電解槽的氧側(cè)返液口連接，在氧分離器與氫分離器之間接有遷移管。
3.按照權(quán)利要求2所述的分立式循環(huán)水電解制氫裝置，其特征在于電解槽由端極板、隔膜墊片、極板及中間極板構(gòu)成；上述極板中部由分隔板將腔體分成氫側(cè)小室和氧側(cè)小室，在極板的邊框上有與氫側(cè)小室相通的氫氣輸出孔和氫側(cè)液孔，在極板邊框上有與氧側(cè)小室相通的氧氣輸出孔和氧側(cè)液孔，在極板的邊框上還有與中間極板上的含氫電解液腔相通的氫側(cè)返液孔和與中間極板上含氧電解液腔相通的氧側(cè)返液孔；上述隔膜墊片為帶有氫氣輸出孔、氫側(cè)液孔、氧氣輸出孔、氧側(cè)液孔，氫側(cè)返液孔和氧側(cè)返液孔的薄片；上述中間極板為一個(gè)有含氫電解液腔的扁形腔體，在含氫電解液腔內(nèi)有含氧電解液腔，含氫電解液腔上有氫側(cè)液孔和氫側(cè)返液孔，含氧電解液腔上有氧側(cè)液孔和氧側(cè)返液孔；上述端極板為帶有氫氣輸出孔、氧氣輸出孔、氫側(cè)返液孔和氧側(cè)返液孔的板體；端極板和中間極板與相間隔的多片極板、隔膜墊片層疊緊固構(gòu)成電解槽。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種分立式循環(huán)水電解制氫工藝及設(shè)備，本發(fā)明的特點(diǎn)是在電解過(guò)程中含氫電解液和含氧電解液分離，含氫電解液?jiǎn)为?dú)經(jīng)過(guò)獨(dú)自過(guò)濾和冷卻過(guò)程泵回電解槽的氫側(cè)小室，含氧電解液?jiǎn)为?dú)經(jīng)過(guò)獨(dú)立的過(guò)濾和冷卻過(guò)程泵回電解槽的氧側(cè)小室，形成含氫電解液和含氧電解液各自獨(dú)立的氫側(cè)循環(huán)和氧側(cè)循環(huán)過(guò)程。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)出氣體純度高，氫氣純度≥99.9％，氧氣純度≥99.5％；直流能耗低；循環(huán)速度快，使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)C25B15/08GK1129261SQ9511612
公開(kāi)日1996年8月21日 申請(qǐng)日期1995年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月30日
發(fā)明者許俊明, 鄧宏順, 郭建富, 魏志昆, 要振祥, 王建峰, 趙迎春, 許衛(wèi) 申請(qǐng)人:許俊明, 鄧宏順, 郭建富, 魏志昆, 要振祥, 王建峰, 趙迎春, 許衛(wèi)