[发明专利]一种利用微细纤维诱导气泡聚并提高电解效率的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用微细纤维诱导气泡聚并提高电解效率的装置，包括整流变压器、碱性电解槽、氢气气液分离装置、氧气气液分离装置、过滤装置、以及电解液循环泵。本发明还提供了一种相应的碱性电解水制氢方法，来自碱性电解槽的含有大量的微细气泡电解出液通过管道输送至气液分离装置，聚并的大气泡直接分离上升至罐体顶部，难以分离的微细气泡随液体流动，流经罐体中部的微细纤维模块时，微细纤维会增大液体的湍动，增加微细气泡的碰撞概率，并将气泡收集在纤维表面，随着气泡体积的增大，气泡受浮力作用沿纤维向上运动，并不断与纤维上其他气泡聚并，最后形成大气泡上升脱离电解液，从而实现微细气泡的快速分离。

技术领域

本发明属于碱性电解水制氢技术领域，具体涉及一种利用微细纤维诱导气泡聚并提高电解效率的装置及方法。

背景技术

氢能是一种绿色能源，具有能量密度高，清洁无污染等特点，是一种良好的未来能源替代物，其在工业上应用广泛，包括石油精制、金属冶炼、新能源汽车等。当前，碱性电解水制氢是目前唯一一种技术成熟，能够实现大规模、长周期的绿色制氢方法。其设备主要结构是两块电极板构成一个电解小室，中间隔着石棉膜，小室可以串联增加产能。在电解过程中，阴阳极产生的气体受到膜的阻碍作用无法混合，从而随电解液流动从不同的出口流出，进入不同的气液分离装置。

如何实现快速的气液分离，是现在大型碱性电解槽系统产能升级所面临的问题。传统的重力分离手段，液体停留时间长，特别是溶解在电解液中的微细气泡，上升速度慢，几乎不能分离，导致分离效果差；随电解液重新回到电解槽，容易造成气体返混，严重时会导致爆炸等灾难事故。而且分离设备体积大，造价高，占地面积大，增大了前期的投入，经济效益变差。因此，开发一套强化微细气泡快速分离的手段对于碱性电解水制氢系统的安全高效稳定运行具有十分重大的意义。

CN114016051A提出了一种适用于电解水制氢系统的气液分离装置，在气液分离装置中安置微孔过滤分离组件，由金属烧结板、丝网、微孔膜中的一种制成，气体可以通过微孔过滤组件进入干燥纯化装置，液体特别是水分被阻绝在分离装置中，减少了气体中的水分含量，增大了纯度。但是，该方法需求的压力降较大，大部分微细气泡来不及上升逸出就被电解液重新带回至电解槽中，而且，电解液中的催化剂颗粒极易堵塞过滤模块的微孔，运行周期较短。

CN215196021U提出了一种电解液输送气液分离装置，通过两个步骤实现气液分离：第一步是借助U型管，通过重力实现初步气液分离，余下的液体进入一个中空纤维膜，外部是真空室，在负压的作用下将电解液中的溶解气体析出。此种方法分离较彻底，但是引入了外部真空，增加了动设备，而且纤维膜易堵塞，运行周期较短，不利用长周期经济运行。

发明内容

本发明的目的就在于解决现有碱性电解槽中气液分离不彻底导致的电解效率低下且存在一定安全隐患的问题，从而提供一种利用纤维诱导微细气泡快速聚并，实现气液快速分离，降低电解液中的微细气泡含量，降低电解液电阻率，从而提高电解效率的装置及相应的碱性电解水制氢方法。

为实现上述目的，本发明的第一个方面，提高了一种利用微细纤维诱导气泡聚并提高电解效率的装置，所述装置包括整流变压器、碱性电解槽、氢气气液分离装置、氧气气液分离装置、过滤装置、以及电解液循环泵，其中：

所述整流变压器与所述碱性电解槽连接，用于为碱性电解槽提供电解水所需的电力；

所述碱性电解槽具有两个出口，分别为含氢电解液出口和含氧电解液出口，并分别通过管路连接至所述氢气气液分离装置和氧气气液分离装置；

所述过滤装置通过管路分别与所述氢气气液分离装置和氧气气液分离装置的出口连接，用于接收分离出的液体并加以过滤；

所述电解液循环泵通过管路分别与所述过滤装置和碱性电解槽连接，用于将过滤后的水重新输送至碱性电解槽中；

所述氢气气液分离装置和氧气气液分离装置内均安装有微细纤维模块，用于诱导水中的微细气泡的聚并以实现气液分离。