(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010217085.4
(22)申请日 2020.03.25
(71)申请人 深圳市凯豪达氢能源有限公司
地址 518109 广东省深圳市龙华区大浪街
道工业园路1号凯豪达广场办公楼A区
25F
申请人 青海大学
(72)发明人 石勇 王桂星 李云飞 欧阳剑
陈凯家 张新胜 陈来军 高梦宇
(74)专利代理机构 广州嘉权专利商标事务所有
限公司 44205
代理人 洪铭福
(51)Int.Cl.
C25B 1/04(2006.01)
C25B 15/00(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种碱性水电解制氢余热利
统将待处理氢气进行处理以获取待提纯氢气，待
提纯氢气中含有微量氧气；氧气处理系统将待处
理氧气进行处理以获取干净的氧气；循环控制管
路用于控制电解系统分离出的碱液传输；脱氧系
统用于将待提纯氢气中的微量氧气和微量氢气
反应以获取纯净的氢气和水；余热回收系统用于
连接循环控制管路与脱氧系统以将循环控制管
路传输碱液的废热提供到脱氧系统中。本发明通
过余热回收系统将电解系统后碱液的废热利用
到脱氧系统进行升温去除待提纯氢气中的微量
氧气，节省了脱氧系统的额外加热的电能及其配
套设备，
使氢气脱氧简易。权利要求书2页 说明书7页 附图2页CN 111235590 A 2020.06.05
C N 111235590
A
1.一种碱性水电解制氢余热利用系统，其特征在于，包括：
电解系统，用于电解水以生成待处理氢气和待处理氧气；
氢气处理系统，用于将所述待处理氢气进行处理以获取待提纯氢气，所述待提纯氢气中含有微量氧气；
氧气处理系统，用于将所述待处理氧气进行处理以获取干净的氧气；
循环控制管路，用于控制所述电解系统分离出的碱液传输；
脱氧系统，用于将所述待提纯氢气中的微量氧气和微量氢气反应以获取纯净的氢气和水；
余热回收系统，用于连接所述循环控制管路与所述脱氧系统以将所述循环控制管路传输碱液的废热提供到所述脱氧系统中。
2.根据权利要求1所述的碱性水电解制氢余热利用系统，其特征在于，还包括：碱液循环系统，用于连接所述循环控制管路以将所述电解系统分离出的碱液循环至所述电解系统。
3.根据权利要求2所述的碱性水电解制氢余热利用系统，其特征在于，还包括：余热利用调节器，所述余热利用调节器用于调节所述余热回收系统的碱液分配量。
4.根据权利要求3所述的碱性水电解制氢余热利用系统，其特征在于，所述氢气处理系统包括：
氢洗涤器，用于将所述待处理氢气中的微量碱洗涤去除；
第一氢冷却器，用于将洗涤后的所述待处理氢气进行冷却；
第一氢集水器，用于将冷却后的所述待处理氢气进行气、水分离以将所述待处理氢气中的微量水分离出来以得到水和所述待提纯氢气；
氢排水器，用于将水排放出系统外。
5.根据权利要求4所述的碱性水电解制氢余热利用系统，其特征在于，所述待提纯氢气通入所述余热回收系统，所述脱氧系统包括：
脱氧塔，用于将通过所述余热回收系统的待提纯氢气中的微量氧气和微量氢气反应以输出氢气和水；
第二氢冷却器，用于将脱氧后的所述氢气和水进行冷却；
第二氢集水器，用于将所述氢气和水分离出来，水通过所述氢排水器排出；
第一调节阀，用于控制调节系统的液位，保证液位平衡后将所述氢气排放出去。
6.根据权利要求5所述的碱性水电解制氢余热利用系统，其特征在于，所述循环控制管路包括：
第一连接管路，用于传输所述电解系统分离出的碱液；
第二连接管路，用于连接所述第一连接管路；
第三连接管路，用于传输碱液；
若干循环控制阀，用于控制所述第二连接管路的碱液流通及循环；
循环泵，用于控制碱液流通以及循环提供动力；
所述余热回收系统包括：
第四连接管路，用于传输所述循环泵循环的部分碱液至所述余热回收系统；
第五氢处理管路，用于传输所述第一氢集水器分离出的待提纯氢气；
氢碱换热器，用于接收所述第四连接管路输入的碱液和所述第五氢处理管路的所述待提纯氢气，所述待提纯氢气通过所述氢碱换热器后升温；
第六氢处理管路，用于将升温后的所述待提纯氢气传输至所述脱氧塔。
7.根据权利要求6所述的碱性水电解制氢余热利用系统，其特征在于，所述碱液循环系统包括：
第五连接管路，用于传输循环的碱液；
第六连接管路，用于连接所述第五连接管路并传输碱液；
碱液冷却器，用于将所述第五连接管路传输的碱液及第六连接管路传输的碱液进行冷却；
第七连接管路，用于传输冷却后的碱液，同时用于传输经过监测后的碱液至所述电解系统；
碱液流量计，用于监测碱液的流量。
8.根据权利要求7所述的碱性水电解制氢余热利用系统，其特征在于，
所述余热利用调节器为调节阀门，所述调节阀门设置于所述第五连接管路上用于调节碱液在所述氢碱换热器的量。
9.一种碱性水电解制氢余热利用方法，其特征在于，包括：
碱液在电解槽内电解后经过分离得到待处理氢气和待处理氧气；
待处理氧气经过分离、洗涤、冷却、排水处理后得到干净的氧气；
待处理氢气经过分离、洗涤、冷却、排水后得到待提纯氢气；
经过电解分离后的碱液通过循环控制管路循环至余热回收系统；
所述余热回收系统将所述待提纯氢气通入氢碱换热器使所述待提纯氢气升温；
升温后的所述待提纯氢气进入脱氧系统，所述脱氧系统将待提纯氢气中的氢气和氧气反应得到纯净的氢气和水。
10.根据权利要求9所述的碱性水电解制氢余热利用方法，其特征在于，还包括：
经过电解分离后的碱液进行冷却后回流至所述电解槽。
碱性水电解制氢余热利用系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及制氢系统领域，尤其是涉及一种碱性水电解制氢余热利用系统及方法。
背景技术
[0002]随着环保意识的普及，水电解氢成为目前最热门的制氢方式。碱性水电解制氢余热利用的一般工艺流程是：采用30％氢氧化钾或25％氢氧化钠水溶液为电解液，电解槽R通常在80±5℃条件下工作。在电解槽R通直流电的条件下水被电解成H2与O2，并与未被电解的碱液一起分别进入气液后处理装置中的氢、氧气液分离器，分离出来的气体再经过气体洗涤、冷却。在碱性水电解行业中，氧气通常不用，排空入大气中。氢气被利用，而通过上述简单处理后的氢气由于含水量较高及含有少量的氧。
[0003]在水电解制氢行业中由于电解水中通常采用隔膜把阴阳极分开，电解水出来的氢气纯度通常含有满足国家标准要求的氢气，但是此时氢气中含有的氧量对于工业用来说还是过高，所以通常采用脱氧塔中添加催化剂把微量的氧去除掉。为了满足催化剂的工作条件，在传统的脱氧过程是需要采用独立的电加热管对氢气进行加热，在加热过程中为了很好的控制氢气的温度，且耗费大量的热能。电加热管需要
配套的PLC逻辑控制及其配套的中间继电器、接触器、防爆管，防爆帽，热电偶等装置控制加热的温度，由于中间继电器、接触器、电加热管等相关电器设备多为易耗件，需要经常检修更换，加大了整个制氢的复杂度和难度及成本。
发明内容
[0004]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种碱性水电解制氢余热利用系统，能够利用电解碱液废热对分离后的氢气升温，以便于升温后的氢气在脱氧塔中于催化剂的作用下反应，无需额外的加热器，即节省了电加热管的设置且使氢气的制备更加简易。
[0005]本发明还提出一种碱性水电解制氢余热利用方法。
[0006]第一方面，本发明的一个实施例提供了一种碱性水电解制氢余热利用系统，包括：[0007]电解系统，用于电解水以生成待处理氢气和待处理氧气；
[0008]氢气处理系统，用于将所述待处理氢气进行处理以获取待提纯氢气，所述待提纯氢气中含有微量氧气；
[0009]氧气处理系统，用于将所述待处理氧气进行处理以获取干净的氧气；
[0010]循环控制管路，用于控制所述电解系统分离出的碱液传输；
[0011]脱氧系统，用于将所述待提纯氢气中的微量氧气和微量氢气反应以获取纯净的氢气和水；
[0012]余热回收系统，用于连接所述循环控制管路与所述脱氧系统以将所述循环控制管路传输碱液的废热提供到所述脱氧系统中。
[0013]本发明实施例的一种碱性水电解制氢余热利用系统至少具有如下有益效果：通过余热回收系统将电解系统产生待处理氢气和待处理氧气后残留的碱液的废热，余热回收系统将废热利用到脱氧系统，以将碱液废热合理利用到脱氧系统，以使脱氧系统的工作环境满足催化剂反应的温度，从而使待提纯氢气中含有微量的氧气反应掉，通过利用碱液的废热提供给脱氧系统的工作温度，一方面节省了脱氧系统的额外热量，另一方面简化了氢气的脱氧步骤，使氢气体脱氧简易。
[0014]根据本发明的另一些实施例的一种碱性水电解制氢余热利用系统，还包括：碱液循环系统，用于连接所述循环控制管路以将所述电解系统分离出的碱液循环至所述电解系统。
[0015]根据本发明的另一些实施例的一种碱性水电解制氢余热利用系统，还包括：余热利用调节器，所述余热利用调节器用于调节所述余热回收系统的碱液分配量。
[0016]根据本发明的另一些实施例的一种碱性水电解制氢余热利用系统，所述氢气处理系统包括：
[0017]氢洗涤器，用于将所述待处理氢气中的微量碱洗涤去除；
[0018]第一氢冷却器，用于将洗涤后的所述待处理氢气进行冷却；
[0019]第一氢集水器，用于将冷却后的所述待处理氢气进行气、水分离以将所述待处理氢气中的微量水分离出来以得到水和所述待提纯氢气；
[0020]氢排水器，用于将水排放出系统外。
[0021]根据本发明的另一些实施例的一种碱性水电解制氢余热利用系统，所述待提纯氢气通入所述余热回收系统，所述脱氧系统包括：
[0022]脱氧塔，用于将通过所述余热回收系统的待提纯氢气中的微量氧气和微量氢气反应以输出氢气和水；
[0023]第二氢冷却器，用于将脱氧后的所述氢气和水分进行冷却；
[0024]第二氢集水器，用于将所述氢气和水分离出来，水通过所述氢排水器排出；[0025]第一调节阀，用于控制调节系统的液位，保证液位平衡后将所述氢气排放出去。[0026]根据本发明的另一些实施例的一种碱性水电解制氢余热利用系统，所述循环控制管路包括：
[0027]第一连接管路，用于传输所述电解系统分离出的碱液；
[0028]第二连接管路，用于连接所述第一连接管路；
[0029]第三连接管路，用于传输碱液；
[0030]若干循环控制阀，用于控制所述第二连接管路的碱液流通及循环；
[0031]循环泵，用于控制碱液流通以及循环提供动力；
[0032]所述余热回收系统包括：
[0033]第四连接管路，用于传输所述循环泵循环的部分碱液至所述余热回收系统；[0034]第五氢处理管路，用于传输所述第一氢集水器分离出的待提纯氢气；
[0035]氢碱换热器，用于接收所述第四连接管路输入的碱液和所述第五氢处理管路的所述待提纯氢气，所述待提纯氢气通过所述氢碱换热器后升温；
[0036]第六氢处理管路，用于将升温后的所述待提纯氢气传输至所述脱氧塔。[0037]根据本发明的另一些实施例的一种碱性水电解制氢余热利用系统，所述碱液循环
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