本發(fā)明屬于電解水制氫，涉及一種堿性電解水制氫系統(tǒng)及其應(yīng)用，尤其涉及一種氣體分離裝置、電解水制氫裝置系統(tǒng)及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、堿性電解水制氫是當(dāng)前主流的電解水制氫方法，電解過程中包括堿性電解液中的陽極析氧反應(yīng)和陰極析氫反應(yīng)，這兩個(gè)電化學(xué)反應(yīng)的過電位大小與電流密度大小對電解水制氫的能耗以及產(chǎn)氫速率存在至關(guān)重要的影響。

2、貴金屬ru或ir在析氧反應(yīng)(oer)中具有較好的析氧性能，但價(jià)格昂貴，不適合大規(guī)模使用。工業(yè)中多采用鎳網(wǎng)、泡沫鎳或雷尼鎳作為析氧電極材料，但由于鎳本身的oer活性有限，因此這類電極無法滿足高電流密度電解水制氫的需求。

3、在鎳中添加少量鐵元素得到的鎳鐵電極可以大幅度提高析氧電流密度。鎳鐵電極在低濃度堿液中表現(xiàn)出優(yōu)良的析氧活性與穩(wěn)定性，但在高溫、強(qiáng)堿性的條件下，存在鐵元素緩慢溶出的缺陷。鐵元素在堿性電解液中的溶解度不高，會(huì)逐漸形成鐵的氫氧化物或氧化物等固體懸浮物或沉淀，懸浮物或沉淀一方面會(huì)堵塞隔膜的部分微孔，導(dǎo)致隔膜的電阻增加，進(jìn)一步導(dǎo)致電解的能耗上升；另一方面，懸浮物或沉淀沉積到陰極上，導(dǎo)致陰極析氫性能下降。

4、cn114717608a公開了一種長壽命的堿性電解水系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)包括氫分離器、氧分離器和電解槽，氫分離器、氧分離器的出液口均連接至堿液循環(huán)泵，堿液循環(huán)泵通過管路依次連接吸附單元、堿液冷卻器和電解槽進(jìn)液口，電解槽的兩個(gè)出氣口分別通過管路連接至氫分離器和氧分離器的進(jìn)氣口；出氣口經(jīng)管路依次連接脫堿單元。其通過吸附單元對堿性電解液中的雜質(zhì)進(jìn)行去除，但吸附單元為常規(guī)技術(shù)中的過濾裝置，僅適用于粒徑較大的固體顆粒。

5、cn103463872a公開了一種單層降塵室，該單層降塵室包括降塵箱，降塵箱的前后兩側(cè)分別設(shè)置有氣體進(jìn)管和氣體出管，降塵室的底面設(shè)置有多個(gè)塵粒斗，降塵箱內(nèi)均勻設(shè)置有交叉的變向板。該單層降塵室能夠進(jìn)行大顆粒固體顆粒沉降，但無法用于粒徑較小的鐵的氧化物或氫氧化物的分離。

6、由于鐵的氫氧化物或氧化物等固體懸浮物或沉淀的粒徑較小(粒徑≤30μm)，很難通過常規(guī)的過濾裝置去除；采用孔徑過細(xì)的網(wǎng)狀過濾裝置又會(huì)導(dǎo)致堿性電解液的流動(dòng)阻力變大，進(jìn)而導(dǎo)致電解液的流速下降。因此，需要提供一種阻抗較低的氣體分離裝置、電解水制氫裝置系統(tǒng)及其應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種氣體分離裝置、電解水制氫裝置系統(tǒng)及其應(yīng)用，所述氣體分離裝置于電解水制氫裝置系統(tǒng)中的使用，能夠?qū)㈦娊庖褐械蔫F懸浮物進(jìn)行有效沉降，解決鐵懸浮物堵塞隔膜部分微孔的問題，避免了隔膜電阻增加、能耗上升以及陰極析氫性能的下降。

2、為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種氣體分離裝置，所述氣體分離裝置包括氣液分離腔；

4、所述氣液分離腔的底部由折流隔板分為進(jìn)液室與出液室；進(jìn)液室與出液室的頂部連通；

5、所述進(jìn)液室的側(cè)壁設(shè)置有進(jìn)液口，出液室的側(cè)壁設(shè)置有出液口；進(jìn)液口與出液口的高度均低于折流隔板的高度，出液口的高度高于進(jìn)液口的高度；

6、所述氣體分離裝置的底部設(shè)置有排污口，氣體分離裝置的頂部設(shè)置有排氣口。

7、本發(fā)明提供的氣體分離裝置還包括必要的管路與閥門，本發(fā)明在此不做具體限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)需要進(jìn)行合理地設(shè)置。

8、本發(fā)明提供的氣體分離裝置中，通過折流隔板的設(shè)置改變了電解液的流動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)了電解液的流速降低。而且，在進(jìn)液室中的電解液向上流動(dòng)時(shí)，電解液中的懸浮物受重力作用以及流速減緩的作用而逐漸沉降；未在進(jìn)液室沉降的懸浮物隨電解液越過折流隔板并改變流動(dòng)方向，結(jié)合重力作用實(shí)現(xiàn)懸浮物的進(jìn)一步沉降。因此，本發(fā)明提供的氣體分離裝置能夠解決懸浮物堵塞隔膜部分微孔、導(dǎo)致隔膜電阻增加的問題，解決了電解能耗上升以及陰極析氫性能下降的問題。

9、本發(fā)明所述氣體分離裝置的底部設(shè)置有排污口是指，進(jìn)液室的底部和/或出液室的底部設(shè)置有排污口，所述排污口的設(shè)置有利于排出氣體分離裝置中的污染物。

10、優(yōu)選地，所述氣液分離腔的頂部，沿高度由低到高的方向，依次設(shè)置冷凝件與捕液件。

11、本發(fā)明提供的氣體分離裝置設(shè)置有冷凝件與捕液件，其中冷凝件通過冷媒形成低溫，加速氣體中的液滴凝結(jié)；未在冷凝件上凝結(jié)的液體，通過捕液件進(jìn)一步凝結(jié)，凝結(jié)的液體通過重力作用滴入氣體分離裝置的氣液分離腔，由此降低了氣體中的液體含量，便于氣液分離。

12、本發(fā)明所述捕液件包括但不限于捕液網(wǎng)或補(bǔ)滴網(wǎng)。

13、示例性的，本發(fā)明所述冷凝件包括設(shè)置于氣體分離裝置的冷媒入口與冷媒出口；

14、冷媒入口與冷媒出口通過氣液分離腔內(nèi)部的冷凝盤管連接。

15、本發(fā)明通過冷凝盤管的設(shè)置，增加了冷凝件與氣體的換熱面積，同時(shí)也增加了液滴的凝結(jié)面積，提高了冷凝效率。

16、優(yōu)選地，所述出液室內(nèi)傾斜設(shè)置有出液折流板；

17、所述出液折流板的一端與出液口上方的側(cè)壁連接，另一端延伸至出液口的下方。

18、本發(fā)明通過出液折流板的設(shè)置，使未在進(jìn)液室沉降的懸浮物隨電解液越過折流隔板并改變流動(dòng)方向，結(jié)合重力作用實(shí)現(xiàn)鐵懸浮物的進(jìn)一步沉降；出液室中的上清液經(jīng)過出液折流板的減速，再次進(jìn)行沉降，最終在出液口處流出。

19、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述進(jìn)液室內(nèi)傾斜設(shè)置有進(jìn)液折流板；

20、所述進(jìn)液折流板的一端與進(jìn)液口上方的側(cè)壁連接，另一端延伸至進(jìn)液口的下方。

21、本發(fā)明通過進(jìn)液折流板的設(shè)置，使進(jìn)入進(jìn)液室沉降的懸浮物隨電解液經(jīng)進(jìn)液折流板的作用改變流動(dòng)方向，結(jié)合重力作用實(shí)現(xiàn)了懸浮物的初步沉降。

22、優(yōu)選地，所述氣體分離裝置還設(shè)置有外置磁吸件；

23、所述外置磁吸件設(shè)置于氣體分離裝置的外部，且位于進(jìn)液口的下方。

24、本發(fā)明所述外置磁吸件包括但不限于磁鐵；本發(fā)明通過外置磁吸件的設(shè)置，能夠加速鐵懸浮物的沉降；且外置磁吸件設(shè)置于進(jìn)液口的下方，保證了鐵懸浮物從進(jìn)液口處就可以受到磁鐵外力的吸引，增加了沉降效率；此外，所述鐵懸浮物沉降裝置的出液口高于進(jìn)液口，保證了上清液不受磁鐵吸引的鐵懸浮物的影響，能夠有效去除上清液中的鐵懸浮物。

25、優(yōu)選地，所述進(jìn)液室的體積大于出液室的體積。

26、本發(fā)明通過使進(jìn)液室的體積大于出液室的體積，提高了出液室內(nèi)的流速，結(jié)合重力作用，有利于未在進(jìn)液室沉降的懸浮物在出液室內(nèi)沉降。

27、優(yōu)選地，所述氣體分離裝置包括液位測量件；

28、所述液位測量件用于檢測氣體分離裝置中的液位高度。

29、優(yōu)選地，所述氣體分離裝置還設(shè)置有壓差計(jì)接口；

30、所述壓差計(jì)接口用于連接壓差計(jì)。

31、本發(fā)明通過在氣體分離裝置設(shè)置壓差計(jì)接口，便于安裝壓力傳感器以實(shí)現(xiàn)對氣體分離裝置內(nèi)壁的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。本發(fā)明不對壓差計(jì)接口的具體位置進(jìn)行限定，只要能夠?qū)崿F(xiàn)壓差計(jì)的功能即可。

32、示例性的，本發(fā)明所述氣體分離裝置的材質(zhì)包括耐腐蝕材質(zhì)。具體的，所述耐腐蝕材質(zhì)為耐氯離子以及三價(jià)鐵離子腐蝕的材質(zhì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)實(shí)際使用需要選擇合適的材質(zhì)，本發(fā)明在此不做具體限定。

33、第二方面，本發(fā)明提供了一種電解水制氫裝置系統(tǒng)，所述電解水制氫系統(tǒng)中的氫分離器和/或氧分離器為第一方面所述的氣體分離裝置。

34、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述電解水制氫系統(tǒng)中的氫分離器與氧分離器為第一方面所述的氣體分離裝置。

35、本發(fā)明所述電解水制氫裝置系統(tǒng)中氣體分離裝置的使用，能夠解決懸浮物堵塞隔膜部分微孔、導(dǎo)致隔膜電阻增加的問題，解決了電解能耗上升以及陰極析氫性能下降的問題，提高了電解水制氫裝置系統(tǒng)的性能以及使用壽命。

36、優(yōu)選的，所述電解水制氫裝置系統(tǒng)包括電解槽、氫分離器、氧分離器以及后處理單元；

37、所述后處理單元包括依次連接的冷卻裝置與過濾裝置；

38、所述電解槽的兩個(gè)出料口分別通過管路連接氫分離器與氧分離器的進(jìn)液口；

39、所述氫分離器與氧分離器的出液口與冷卻裝置的進(jìn)料口連接；

40、所述過濾裝置的出料口與電解槽的進(jìn)料口連接。

41、本發(fā)明所述電解水制氫裝置系統(tǒng)還包括用于驅(qū)動(dòng)電解液流動(dòng)的循環(huán)裝置，包括但不限于循環(huán)泵。

42、本發(fā)明所述后處理單元中的過濾裝置為本領(lǐng)域常規(guī)過濾裝置，本領(lǐng)域常規(guī)的過濾裝置僅能過濾固體雜質(zhì)，無法對磁性鐵懸浮物進(jìn)行有效過濾，本發(fā)明在此不對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行過多限定。

43、優(yōu)選地，所述循環(huán)泵的進(jìn)液端或出液端設(shè)置有取樣口，便于取樣分析檢測。

44、本發(fā)明所述電解水制氫裝置還包括用于配制與存儲(chǔ)電解液的堿箱，以及用于存儲(chǔ)需要補(bǔ)充水分的水箱。

45、本發(fā)明不對堿箱與水箱的具體位置進(jìn)行限定，只要能夠?qū)崿F(xiàn)電解水與水的補(bǔ)充即可。

46、示例性的，使用所述電解水制氫裝置系統(tǒng)時(shí)，使用直流電源對電解槽進(jìn)行供電，電解槽內(nèi)的電解液被電解，形成氫氣和氧氣；氫氣隨電解液進(jìn)入氫分離器，氧氣隨電解液進(jìn)入氧分離器。氫氣通過氫分離器上端排出，進(jìn)行后續(xù)處理；氧氣通過氧分離器上端排出，進(jìn)行后續(xù)處理。氫分離器與氧分離器的下端為電解液出口，進(jìn)入后處理單元進(jìn)行冷卻處理以及過濾處理，流入電解槽進(jìn)行循環(huán)。

47、第三方面，本發(fā)明提供了一種如第二方面所述電解水制氫裝置系統(tǒng)的應(yīng)用，所述電解水制氫裝置系統(tǒng)進(jìn)行電解水制氫過程中，使用氫分離器和/或氧分離器去除電解水中的鐵懸浮物。

48、示例性的，所述應(yīng)用包括如下步驟：

49、(1)堿箱內(nèi)配制濃度30wt％的koh電解液，通過循環(huán)泵將電解液泵入鐵懸浮物沉降裝置，保證鐵懸浮物沉降裝置的進(jìn)液流量與出液流量一致，而后關(guān)閉鐵懸浮物沉降裝置的進(jìn)液口與出液口；

50、(2)通過循環(huán)泵將電解液泵入電解水制氫裝置系統(tǒng)，打開氫分離器與氧分離器的進(jìn)液口與出液口，保證堿性電解液正常循環(huán)，開啟冷凝件，通過冷水或冷氣等冷媒，實(shí)現(xiàn)冷凝件的降溫；

51、(3)開啟電解水系統(tǒng)開始電解，電解槽內(nèi)的電解液被電解，形成氫氣和氧氣，氫氣隨電解液一同進(jìn)入氫分離器，氧氣隨電解液一同進(jìn)入氧分離器，氫氣通過氫分離器上端排出，氧氣通過氧分離器上端排出；氧分離器與氫分離器的下端為出液口，流經(jīng)冷卻裝置與過濾裝置后，由循環(huán)泵泵入電解槽進(jìn)行循環(huán)。

52、電解過程中，懸浮物沉降至氫分離器與氧分離器的底部；按照一定周期，在進(jìn)液口以下的位置上下移動(dòng)外置磁吸件，打開排污口，進(jìn)行排污操作。

53、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

54、本發(fā)明提供的氣體分離裝置中，通過折流隔板的設(shè)置改變了電解液的流動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)了電解液的流速降低。而且，在進(jìn)液室中的電解液向上流動(dòng)時(shí)，電解液中的懸浮物受重力作用以及流速減緩的作用而逐漸沉降；未在進(jìn)液室沉降的懸浮物隨電解液越過折流隔板并改變流動(dòng)方向，結(jié)合重力作用實(shí)現(xiàn)懸浮物的進(jìn)一步沉降。因此，本發(fā)明提供的氣體分離裝置能夠解決懸浮物堵塞隔膜部分微孔、導(dǎo)致隔膜電阻增加的問題，解決了電解能耗上升以及陰極析氫性能下降的問題。