[发明专利]水电解制氢设备

说明书

技术领域

 本发明为机械设备领域，具体涉及一种压水电解制氢设备。

背景技术

氢是主要的工业原料，也是最重要的工业气体和特种气体，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天等方面有着广泛的应用。同时，氢也是一种理想的二次能源（二次能源是指必须由一种初级能源如太阳能、煤炭等来制取的能源）。在一般情况下，氢极易与氧结合。这种特性使其成为天然的还原剂使用于防止出现氧化的生产中。在玻璃制造的高温加工过程及电子微芯片的制造中，在氮气保护气中加入氢以去除残余的氧。在石化工业中，需加氢通过去硫和氢化裂解来提炼原油。氢的另一个重要的用途是对人造黄油、食用油、洗发精、润滑剂、家庭清洁剂及其它产品中的脂肪氢化。由于氢的高燃料性，航天工业使用液氢作为燃料。

发明内容

整套水电解制氢设备由主体设备、辅助设备和电控设备三部分组成。主体设备包括电解槽和附属设备框架。水电解槽将水分解成氢和氧，附属设备框架把产品气与电解液分离， 并将产品气洗涤与冷却，同时实现电解液的循环、冷却及过滤。辅助设备主要是指水箱、碱箱、补水泵及空压设备等。电控设备由变压器、整流柜、配电柜及控制柜等组成。水电解制氢设备的工艺流程(不包括产品气贮存)，可以分为五个子流程，即氢气、氧气、电解液、原料水和冷却水等，在此五个系统上，一共设有13个控制点，对各项工艺参数进行监控。

1、水电解槽

    水电解槽是整套水电解制氢设备的核心，是发生电化学反应的地方，在电解小室的阴、阳电极上分别制得产品气氢和氧。此电解槽为双极性压滤型结构，若干根拉紧螺杆把二百多个电解小室压紧在两厚实的端压板之间，使整个电解槽显得十分紧凑、运行也安全可靠。所有的外连管道全部从两端压板上引出，上部为产品气和碱液混合液的引出管，下部为循环碱液的引入管和排污管。端压板采用平板结构。直流电的引入方式为中间极板接正极,两端极板接负极。

电解槽的端压板采用平板结构,经计算其最小厚度应为为110mm,现采用140mm的平板制作,提高了端压板的强度和刚性。拉紧螺杆采用12根,经计算,其截面积应为16500mm², 实际采用的是12根M68的螺杆,总面积达35600mm²,大大超过了计算值,这样就提高了电解槽的整体密封性,确保了运行安全。

2、氢、氧分离器

氢、氧分离器是一个圆筒形卧式压力容器，从电解槽来的气液混合液在此进行分离， 由于气液两者之间的重度相差很大，所以利用重力进行分离才有可能。气体向上进入到各自的气体冷却器中，而滞留在分离器中的电解液则被碱液泵抽走再送回到电解槽中，电解液就是靠这种方法循环往复的。

3、碱液冷却器

    碱液冷却器的作用是把电解反应所产生的热量加以除去，并转移到冷却水中，只有这样，电解槽才能在稳定的状态下运行。本冷却器采用的是管壳式换热器，碱液走管程，冷却水走壳程。两者之间采取逆流的方式换热，电解液降温20℃，冷却水升温5℃。实际上配置的碱液换热器为27m²，是由二只管壳式换热器串联而成。

4、氢、氧气体冷却器

氢、氧气体冷却器的作用是把产品气的温度降下来，降到40℃以下，这样其湿含量才会大幅度地下降，才能达到产品气的质量要求。本冷却器采用的也是管壳式换热器，管程走产品气，壳程走冷却水。两者之间同样以逆流的方式进行热交换。

5、碱液循环泵

碱液循环泵的作用是对水电解制氢设备系统中的电解液进行强制循环，这样一方面把电化学反应中产生的热量除去，转移到冷却水中，另一方面把补充的原料水从分离器送入到电解槽的各个小室中。