本發(fā)明涉及制氫設(shè)備，尤其涉及具有純化功能的氣液分離器及電解制氫系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著氫能行業(yè)快速發(fā)展，需要高壓親戚的應(yīng)用場景增多，對(duì)于能直接生產(chǎn)高壓氫氣的電解槽和與之相應(yīng)的高壓氣液分離器的需求也日益增多。

2、現(xiàn)有的電解水制氫系統(tǒng)，通常包括電解槽和多級(jí)氣液分離器。電解槽排出的氣體中除了所需的氫氣以外，還有氧氣、堿水等雜質(zhì)。即使采用多級(jí)氣液分離器，氫氣純度也只能達(dá)到99％，無法達(dá)到純化要求。若需要?dú)錃饧兌冗_(dá)到99.999％，則需要在氣液分離器后端增加壓縮機(jī)和純化機(jī)，設(shè)備成本大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗高。

3、需要說明的是，在上述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本公開的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明實(shí)施例公開了具有純化功能的氣液分離器及電解制氫系統(tǒng)，以解決電解制氫系統(tǒng)制高純度氫氣成本高、能耗大的問題。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、具有純化功能的氣液分離器，所述氣液分離器包括：第一罐體，內(nèi)部具有第一空腔，包括：第一進(jìn)氣口和第一出氣口，設(shè)置于所述第一罐體上端，所述第一進(jìn)氣口向第一空腔內(nèi)通入混有雜質(zhì)的目標(biāo)氣體，所述目標(biāo)氣體分子直徑小于雜質(zhì)分子直徑；第二出氣口，設(shè)置于所述第一罐體下端；分離機(jī)構(gòu)，包括：容器體，下端固定于所述第一空腔底部，內(nèi)部具有第二空腔，所述第二空腔不與第一空腔直接連通；分離膜，固定套設(shè)于所述容器體外側(cè)，表面開設(shè)有納米孔，所述納米孔的孔徑大于目標(biāo)氣體分子直徑且小于雜質(zhì)分子直徑；通孔，開設(shè)于所述容器體側(cè)面，位置對(duì)應(yīng)于所述納米孔；出氣管，設(shè)置于所述第一空腔內(nèi)，第一端連通所述第二空腔，第二端連通所述第一出氣口；其中，所述第一空腔內(nèi)氣壓至少大于所述第二空腔內(nèi)氣壓0.6mpa，使所述目標(biāo)氣體依次穿過納米孔和通孔進(jìn)入第二空腔內(nèi)，所述雜質(zhì)下沉并通過第二出氣口排出，以實(shí)現(xiàn)氣氣分離。

4、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述容器體包括：支撐體，為中空筒體；底座，具有兩個(gè)，分別固定于所述支撐體外側(cè)的上端和下端；蓋體，具有兩個(gè)，分別設(shè)置于所述底座遠(yuǎn)離支撐體的一端；其中，位于所述支撐體下端的底座、蓋體與第一罐體螺釘連接，位于所述支撐體上端的底座與蓋體螺釘連接，所述通孔開設(shè)于支撐體側(cè)面，所述出氣管第一端連接位于支撐體上端的蓋體。

5、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述容器體還包括：出氣通道，開設(shè)于位于所述支撐體下端的蓋體上，第一端連通所述第一空腔，第二端連通所述第二出氣口，且不與所述第二空腔連通。

6、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述第一空腔內(nèi)氣壓大于所述第二空腔內(nèi)氣壓0.6～0.8mpa。

7、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述分離膜采用高分子聚合物納米纖維薄膜或硅納米纖維薄膜。

8、本發(fā)明還公開了電解制氫系統(tǒng)，所述電解制氫系統(tǒng)包括：壓力電解槽，包括：陰極出液口，排出陰極電解液氣泡水；壓力閥，設(shè)置于所述陰極出液口，檢測所述壓力電解槽內(nèi)氣壓是否達(dá)到設(shè)定值并控制所述陰極出液口的開閉；循環(huán)罐，包括第二罐體，所述第二罐體側(cè)面具有第一進(jìn)口與所述陰極出液口連通，上端具有第三出氣口，側(cè)面下端具有第一出液口；氣液分離器，接收所述第一出液口含有氣泡的陰極電解液，接收所述第三出氣口具有較多雜質(zhì)的目標(biāo)氣體并進(jìn)行氣液分離，得到含有少量雜質(zhì)的目標(biāo)氣體并排出陰極電解液；三級(jí)氣液分離器，如前述，第一進(jìn)氣口接收所述氣液分離器進(jìn)行氣液分離后的具有較少雜質(zhì)的目標(biāo)氣體。

9、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述氣液分離器包括一級(jí)氣液分離器和二級(jí)氣液分離器；所述一級(jí)氣液分離器包括：第三罐體，上端具有第四進(jìn)氣口和第四出氣口，下端具有第二出液口，側(cè)面上端和下端具有第二進(jìn)液口，所述第四進(jìn)氣口與所述第三出氣口連通，所述第二進(jìn)液口與所述第一出液口連通；所述二級(jí)氣液分離器包括：第四罐體，上端具有第五進(jìn)氣口和第五出氣口，下端具有第三出液口，所述第五進(jìn)氣口與所述第四出氣口連通，所述第五出氣口與所述第一進(jìn)氣口連通。

10、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述第二進(jìn)液口與第一出液口之間通過u形管連接；所述二級(jí)氣液分離器采用冷凝方式分離雜質(zhì)中的氣態(tài)液體；所述壓力電解槽還包括回液口，所述回液口連接回液泵，所述回液泵與第二出液口和第三出液口連通。

11、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述壓力電解槽內(nèi)氣壓的設(shè)定值大于22mpa，陰極電解液及氣體溫度為60～80℃。

12、其進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述第一出氣口排出氣體中目標(biāo)氣體體積比大于99.999％。

13、本發(fā)明實(shí)施例的有益效果如下：

14、(一)本發(fā)明的具有純化功能的氣液分離器，包括第一罐體和分離機(jī)構(gòu)，氣液分離器在進(jìn)行分離純化時(shí)，在第一空腔與第二空壓具有一定壓差的前提下，具有較小分子直徑的目標(biāo)氣體在壓力作用下穿過分離膜的納米孔，進(jìn)入第二腔體，而具有較大分子直徑的雜質(zhì)由于質(zhì)量較大且無法通過納米孔，在第一腔體內(nèi)下沉并通過第二出氣口排出，目標(biāo)氣體則通過出氣管和第一出氣口輸出至應(yīng)用場景，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)氣體與雜質(zhì)的分離提純，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，分離純度高，適用于目標(biāo)氣體分子直徑小于雜質(zhì)分子直徑的情況。

15、另外，分離膜套設(shè)于容器體外側(cè)，進(jìn)行分離純化時(shí)分離膜向內(nèi)擠壓容器體，容器體抗壓強(qiáng)度高，對(duì)分離膜支撐效果好，適用于高壓制氫環(huán)境。

16、(二)進(jìn)一步的，本發(fā)明的電解制氫系統(tǒng)，包括壓力電解槽、循環(huán)罐和三組氣液分離器。壓力電解槽通過堿性溶液電解水分解產(chǎn)生氫氣和氧氣，壓力閥檢測壓力電解槽內(nèi)氣壓達(dá)到高壓值后控制陰極出液口打開，陰極電解液氣泡水進(jìn)入循環(huán)罐，一級(jí)氣液分離器和二級(jí)氣液分離器接收第一出液口含有氣泡的陰極電解液以及接收第三出氣口具有較多雜質(zhì)的目標(biāo)氣體并進(jìn)行氣液分離，得到含有少量雜質(zhì)的目標(biāo)氣體并排出陰極電解液，含有少量雜質(zhì)的目標(biāo)氣體進(jìn)入三級(jí)氣液分離器內(nèi)，壓力電解槽內(nèi)產(chǎn)生的高壓為目標(biāo)氣體通過分離膜提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)氣體與剩余雜質(zhì)分離，三級(jí)氣液分離器第一出氣口排出氣體中目標(biāo)氣體體積比大于99.999％，能夠直接供應(yīng)高壓氫氣使用場景。

17、(三)進(jìn)一步的，三級(jí)氣液分離器的分離膜提純所需高壓力由壓力電解槽在電解過程中直接產(chǎn)生，不需要額外增加壓縮機(jī)和純化機(jī)，設(shè)備成本低，能耗低，使用設(shè)備少，管路少，適于高壓制氫使用。

18、(四)進(jìn)一步的，第二進(jìn)液口與第一出液口之間通過u形管連接，u形管的u形開口朝上，電解液滯留在u形管內(nèi)，可以避免氣體倒流，保證氣體分離效率。

技術(shù)特征：

1.具有純化功能的氣液分離器，其特征在于，所述氣液分離器包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有純化功能的氣液分離器，其特征在于，所述容器體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有純化功能的氣液分離器，其特征在于，所述容器體還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有純化功能的氣液分離器，其特征在于：所述第一空腔內(nèi)氣壓大于所述第二空腔內(nèi)氣壓0.6～0.8mpa。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有純化功能的氣液分離器，其特征在于：所述分離膜采用高分子聚合物納米纖維薄膜或硅納米纖維薄膜。

6.電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述電解制氫系統(tǒng)包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述氣液分離器包括一級(jí)氣液分離器和二級(jí)氣液分離器；所述一級(jí)氣液分離器包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電解制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述第二進(jìn)液口與第一出液口之間通過u形管連接；所述二級(jí)氣液分離器采用冷凝方式分離雜質(zhì)中的氣態(tài)液體；所述壓力電解槽還包括回液口，所述回液口連接回液泵，所述回液泵與第二出液口和第三出液口連通。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述壓力電解槽內(nèi)氣壓的設(shè)定值大于22mpa，陰極電解液及氣體溫度為60～80℃。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解制氫系統(tǒng)，其特征在于：所述第一出氣口排出氣體中目標(biāo)氣體體積比大于99.999％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及具有純化功能的氣液分離器及電解制氫系統(tǒng)，包括壓力電解槽、循環(huán)罐和三組氣液分離器。壓力電解槽通過堿性溶液電解水分解產(chǎn)生氫氣和氧氣，壓力閥檢測壓力電解槽內(nèi)氣壓達(dá)到高壓值后控制陰極出液口打開，陰極電解液氣泡水進(jìn)入循環(huán)罐，一級(jí)氣液分離器和二級(jí)氣液分離器接收第一出液口含有氣泡的陰極電解液以及接收第三出氣口具有較多雜質(zhì)的目標(biāo)氣體并進(jìn)行氣液分離，得到含有少量雜質(zhì)的目標(biāo)氣體并排出陰極電解液，含有少量雜質(zhì)的目標(biāo)氣體進(jìn)入三級(jí)氣液分離器內(nèi)，壓力電解槽內(nèi)產(chǎn)生的高壓為目標(biāo)氣體通過分離膜提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)氣體與剩余雜質(zhì)分離，三級(jí)氣液分離器第一出氣口排出氣體中目標(biāo)氣體體積比大于99.999％，能夠直接供應(yīng)高壓氫氣使用場景。

技術(shù)研發(fā)人員：程明,劉佳豪,劉洋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：無錫德林海零碳科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6