本發(fā)明屬于電解水制氫，具體地講，是涉及一種降低氧中氫含量的氧氣氣液分離裝置、電解水制氫系統(tǒng)及其運行方法。

背景技術：

1、水電解制氫將光伏、風電等可再生能源轉(zhuǎn)化為綠色氫能，應用于化工、冶金、交通等領域，實現(xiàn)深度脫碳，是我國“碳中和”戰(zhàn)略目標的重要支撐。然而，水電解過程中氣體純度問題一直是制約系統(tǒng)效率的重要因素。氧中氫(hto)濃度是確定水電解負荷極限的關鍵因素，高hto水平存在爆炸風險。一般情況下，氧中氫濃度超過2％時，電解系統(tǒng)會被強制停機，制氫過程隨之停止。減少電解系統(tǒng)中氧中氫濃度不僅可以最大限度地減少安全問題，還能提高電解效率。

2、因此，為解決電解水制氫系統(tǒng)在低負載下氧中氫濃度增加帶來的運行安全問題，需要設計合適的方案，減少氧氣分離器中的氫氣雜質(zhì)含量。這一措施不僅有助于提升系統(tǒng)的安全性，還能進一步優(yōu)化電解效率，促進綠色氫能產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。

3、cn115140712a公開了一種堿性電解水制氫系統(tǒng)及其氧氣除雜保護裝置及保護方法，氧氣氣液分離器并連一個氧氣純化設備，對分離器中粗氧進行純化除雜，同時純化后氧存入所述氧氣存儲設備，當電解水制氫系統(tǒng)處于低負載工作時將儲存的氧氣通入氧氣分離器，以降低所述氧氣分離器中氧氣內(nèi)氫氣雜質(zhì)含量。該方法通過增大氧氣含量的方法降低可氧中氫含量，但系統(tǒng)中引入了復雜的氣體純化和氣體儲存設備，大幅增加了電解系統(tǒng)的占地面積，不符合工業(yè)集裝緊湊式的發(fā)展需求。

4、因此，針對工業(yè)低負荷運行電解系統(tǒng)氧中氫含量過高的問題，開發(fā)更高效、可實施性更高、集成式氧中氫濃度降低技術裝置，以保障低負荷下電解系統(tǒng)安全運行，對促進電解水工業(yè)安全穩(wěn)定高效發(fā)展具有十分重要的意義。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明提供一種降低電解水制氫系統(tǒng)中氧中氫含量的氧氣氣液分離裝置、電解水制氫系統(tǒng)及其運行方法。不僅能降低電解水制氫系統(tǒng)的氧中氫的含量和氣液分離器分離負荷，確保電解水制氫系統(tǒng)可在低負載時安全穩(wěn)定運行；甚至還能直接耦合在氣液分離器內(nèi)部，可滿足電解系統(tǒng)集約緊湊式的工業(yè)發(fā)展需求。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為：

3、一種降低電解水制氫系統(tǒng)中氧中氫含量的氧氣氣液分離裝置，包括氧氣氣液分離器和氧中氫深度分離裝置，所述氧中氫深度分離裝置包括氧氣純化催化反應器和曝氣裝置；所述氧氣氣液分離器沿液體流動方向的頂部左右兩側分別開設有第一排氣口和第二排氣口，所述曝氣裝置設于靠近所述第二排氣口一側的所述氧氣氣液分離器的內(nèi)部且設于電解液的液面之下；

4、所述氧氣純化催化反應器的兩端分別開設有粗氧氣進口和純化氧氣出口，所述粗氧氣進口連接至所述第一排氣口，所述純化氧氣出口連接至所述曝氣裝置的進氣端，所述氧氣純化催化反應器采用催化劑使h2和o2迅速反應生成h2o。

5、本發(fā)明進一步設置為，所述氧氣純化催化反應器設于所述氧氣氣液分離器的外部。

6、本發(fā)明進一步設置為，所述氧氣純化催化反應器設于所述氧氣氣液分離器的內(nèi)部且位于電解液的液面之下。

7、本發(fā)明進一步設置為，所述第一排氣口和氧氣純化催化反應器間的連接管道上安裝有動力裝置，用于將所述氧氣氣液分離器中的粗氧氣輸送至氧氣純化催化反應器中。所述動力裝置優(yōu)選為風機。

8、本發(fā)明進一步設置為，所述粗氧氣出口和風機間的連接管道上安裝有除霧器。所述除霧器是用于除去氣體中夾雜的微量液體。

9、本發(fā)明進一步設置為，所述氧氣純化催化反應器的進氣端和氣體出口間的連接管道上安裝有氫氣傳感器，所述純化氧氣出口處安裝有氫氣傳感器。用于監(jiān)測氧中氫含量。

10、本發(fā)明進一步設置為，所述氧氣純化催化反應器中的催化劑選自鈀觸媒催化劑、鉑基催化劑、銀基催化劑中的一種或多種。

11、本發(fā)明還提供一種電解水制氫系統(tǒng)，包括電解槽，分別連接電解槽的氧氣氣液分離裝置和氫氣氣液分離裝置，所述氧氣氣液分離裝置采用上述所述的氧氣氣液分離裝置。

12、本發(fā)明還提供一種所述電解水制氫系統(tǒng)的運行方法，所述氧中氫深度分離裝置在電解水制氫系統(tǒng)低負荷運行或者氧氣氣液分離器中氧中氫含量較高時開啟運行；在電解水制氫系統(tǒng)高負荷運行或者氧氣氣液分離器中氧中氫含量較低時關閉運行。

13、本發(fā)明進一步設置為，控制所述氧氣純化催化反應器入口的氧氣空速≥5h-1。優(yōu)選地，空速為5～15h-1，進一步優(yōu)選為7.5～10h-1。

14、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

15、(1)本發(fā)明提供的一種降低電解水制氫系統(tǒng)中氧中氫含量的氧氣氣液分離裝置，所述氧中氫深度分離裝置可完全耦合加裝在氧氣氣液分離器內(nèi)，不僅能降低電解水制氫系統(tǒng)的氧中氫的含量，確保電解水制氫系統(tǒng)在低負載時安全穩(wěn)定運行，還能滿足電解系統(tǒng)集約緊湊式的工業(yè)發(fā)展需求。

16、(2)本發(fā)明提供的氧氣氣液分離裝置，先利用氫氣和氧氣在催化劑的作用下反應生成水而脫除微量氫氣，同時利用產(chǎn)生的余熱與電解液換熱并用曝氣裝置吹脫，可大幅降低氧中氫濃度。該方法原理簡單，氫氣脫除效果好，應用于工業(yè)電解水系統(tǒng)中擁有良好的前景。

技術特征：

1.一種降低電解水制氫系統(tǒng)中氧中氫含量的氧氣氣液分離裝置，其特征在于，包括氧氣氣液分離器和氧中氫深度分離裝置，所述氧中氫深度分離裝置包括氧氣純化催化反應器和曝氣裝置；

2.根據(jù)權利要求1所述的氧氣氣液分離裝置，其特征在于，所述氧氣純化催化反應器設于所述氧氣氣液分離器的外部。

3.根據(jù)權利要求1所述的氧氣氣液分離裝置，其特征在于，所述氧氣純化催化反應器設于所述氧氣氣液分離器的內(nèi)部且位于電解液的液面之下。

4.根據(jù)權利要求1所述的氧氣氣液分離裝置，其特征在于，所述第一排氣口和氧氣純化催化反應器間的連接管道上安裝有動力裝置。

5.根據(jù)權利要求1所述的氧氣氣液分離裝置，其特征在于，所述粗氧氣出口和風機間的連接管道上安裝有除霧器。

6.根據(jù)權利要求1所述的氧氣氣液分離裝置，其特征在于，所述氧氣純化催化反應器的進氣端和氣體出口間的連接管道上安裝有氫氣傳感器，所述純化氧氣出口處安裝有氫氣傳感器。

7.根據(jù)權利要求1所述的氧氣氣液分離裝置，其特征在于，所述氧氣純化催化反應器中的催化劑選自鈀基催化劑、鉑基催化劑、銀基催化劑中的一種或多種。

8.一種電解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，包括電解槽，分別連接電解槽的氧氣氣液分離裝置和氫氣氣液分離裝置，所述氧氣氣液分離裝置采用權利要求1～7任意一項所述的氧氣氣液分離裝置。

9.一種如權利要求8所述的電解水制氫系統(tǒng)的運行方法，其特征在于，所述氧中氫深度分離裝置在電解水制氫系統(tǒng)低負荷運行或者氧氣氣液分離器中氧中氫含量較高時開啟運行；在電解水制氫系統(tǒng)高負荷運行或者氧氣氣液分離器中氧中氫含量較低時關閉運行。

10.根據(jù)權利要求9所述的電解水制氫系統(tǒng)的運行方法，其特征在于，控制所述氧氣純化催化反應器入口的氧氣空速≥5h-1。

技術總結
本發(fā)明提供一種降低電解水制氫系統(tǒng)中氧中氫含量的氧氣氣液分離裝置、電解水制氫系統(tǒng)及其運行方法，所述氧氣氣液分離裝置包括氧氣氣液分離器和氧中氫深度分離裝置，所述氧中氫深度分離裝置包括氧氣純化催化反應器和曝氣裝置；所述氧氣氣液分離器頂部的左右兩側分設有第一排氣口和第二排氣口，曝氣裝置設于氧氣氣液分離器的內(nèi)部且設于液面之下；所述氧氣純化催化反應器的兩端分設有粗氧氣進口和純化氧氣出口，所述粗氧氣進口連接至第一排氣口，純化氧氣出口連接至曝氣裝置的進氣端，所述氧氣純化催化反應器采用催化劑使H<subgt;2</subgt;和O<subgt;2</subgt;迅速反應生成H<subgt;2</subgt;O。本發(fā)明可大幅降低氧中氫濃度，確保電解水制氫系統(tǒng)在低負載時安全穩(wěn)定運行。

技術研發(fā)人員：楊強,吳濤,劉博,袁方,祝子堅,楊薪宇,劉磊鑫
受保護的技術使用者：華東理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23