电解水制氢压力能回收利用系统的制作方法

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1.本发明涉及碱性电解水制氢技术领域，具体而言，涉及一种电解水制氢压力能回收利用系统。

背景技术：

2.电解水制氢技术可用于消纳间歇性、波动性较大的风电和光伏等可再生能源电力，被视为可再生能源开发领域最具前景的长周期、大规模储能手段。
3.随着电解水制氢技术的不断成熟，其商业化推广程度也在不断加大，但是电解水制氢能耗较高，并且在大多数商业化电解水制氢项目中，消耗大量电能生成的氧气一般作为副产物被直接放空弃掉，或者经过液化制成液氧外售，如果直接放空，氧气及其中所含的大量可用压力能就不能被有效利用，会造成极大的浪费，如果制成液氧则会造成项目能耗和成本进一步增加，并且液氧的运输和销售又会带来新的问题。因此，如何更好利用电解水副产氧气成为一个两难的问题。

技术实现要素：

4.本发明的目的包括提供了一种电解水制氢压力能回收利用系统，其能够解决电解水制氢过程中副产氧气直接放空浪费的问题，还可以降低电解水制氢系统的能耗。
5.本发明的实施例可以这样实现：
6.本发明提供一种电解水制氢压力能回收利用系统，电解水制氢压力能回收利用系统包括中压电解水制氢系统和压力能回收利用系统；
7.压力能回收利用系统包括依次相连的氧气管道、氧气缓冲罐、膨胀机、循环水冷却器和氧气放空管，其中，氧气管道连接到中压电解水制氢系统；
8.压力能回收利用系统还包括依次相连的氢气管道、氢气压缩机和增压氢外送管道，其中，膨胀机与氢气压缩机同轴设置，氢气管道连接到中压电解水制氢系统。
9.在可选的实施方式中，中压电解水制氢系统包括中压碱性电解槽、氢分离冷却器、氧分离冷却器、碱液水冷器、碱液循环泵和氢气纯化装置；
10.中压碱性电解槽连接到氢分离冷却器和氧分离冷却器，氢分离冷却器和氧分离冷却器通过碱液水冷器、碱液循环泵连接到中压碱性电解槽，氢分离冷却器通过氢气纯化装置连接到氢气压缩机，氧分离冷却器连接到氧气缓冲罐。
11.在可选的实施方式中，中压碱性电解槽内水电解产生氢气和氧气，含有氢气的电解液进入氢分离冷却器，氢气和电解液分开，电解液依次经过碱液水冷器、碱液循环泵回流至中压碱性电解槽，氢气进入氢气纯化装置，经纯化处理后再送入压力能回收利用系统；含有氧气的电解液进入氧分离冷却器，氧气和电解液分开，电解液依次经过碱液水冷器、碱液循环泵回流至中压碱性电解槽，氧气进入压力能回收利用系统。
12.在可选的实施方式中，中压电解水制氢系统的氢气通过氢气管道与压力能回收利用系统的氢气压缩机相连接；中压电解水制氢系统的氧气通过氧气管道与压力能回收利用
系统的氧气缓冲罐相连接，并且为压力能回收利用系统提供动力。
13.在可选的实施方式中，通过氢气管道的氢气和通过氧气管道的氧气压力相同，且均为1.6mpa～10mpa。
14.在可选的实施方式中，氧气缓冲罐与膨胀机之间设置有氧气纯度检测仪，氢气纯化装置与氢气压缩机之间设置有氢气纯度检测仪，氧气缓冲罐与膨胀机之间设置有调节阀，氢气纯化装置与氢气压缩机之间设置有调节阀，膨胀机与循环水冷却器之间设置有手阀。
15.在可选的实施方式中，经过氧气缓冲罐稳压的氧气经过纯度检测后进入膨胀机，膨胀机将氧气的压力能转化为机械能，出膨胀机的氧气进入循环水冷却器给循环水降温，之后再经过氧气放空管排空；膨胀机产生的机械能带动氢气压缩机工作，使电解水生成的氢气增压后作为产品经增压氢外送管道送出。
16.在可选的实施方式中，循环水冷却器为管壳式换热器，循环水冷却器的壳程入口连接电解水制氢系统的循环回水管线，循环水冷却器的壳程出口连接电解水制氢系统的循环水冷却塔的入口管线。
17.在可选的实施方式中，膨胀机与循环水冷却器之间的管线表面包裹隔热保冷棉。
18.在可选的实施方式中，氢气压缩机为往复式压缩机，氢气压缩机与膨胀机之间通过机械连接驱动，使膨胀机带动氢气压缩机工作。
19.本发明实施例提供的电解水制氢压力能回收利用系统的有益效果包括：
20.能够回收利用电解水制氢过程中废弃的氧气压力能，并且流程简单，一是可以利用氧气膨胀后的机械能为氢气压缩机提供动力；二是可以利用氧气膨胀后的冷量给电解水制氢系统的循环水降温，降低了循环水冷却塔的能耗，以此达到节能降耗目的；三是氢气压缩机不需要电机驱动，直接由膨胀机转化的机械能驱动，能量利用效率更高。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
22.图1为本发明实施例提供的电解水制氢压力能回收利用系统的组成示意图。
23.图标：100-中压电解水制氢系统；101-碱性电解槽；102-氢分离冷却器；103-氧分离冷却器；104-碱液水冷器；105-碱液循环泵；106-氢气纯化装置；200-压力能回收利用系统；201-氧气缓冲罐；202-膨胀机；203-循环水冷却器；204-氢气压缩机；205-氧气管道；206-氧气放空管；207-氢气管道；208-增压氢外送管道。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
25.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
30.请参考图1，本实施例提供了一种电解水制氢压力能回收利用系统，电解水制氢压力能回收利用系统包括中压电解水制氢系统100和压力能回收利用系统200。
31.压力能回收利用系统200包括依次相连的氧气管道205、氧气缓冲罐201、膨胀机202、循环水冷却器203和氧气放空管206，其中，氧气管道205连接到中压电解水制氢系统100。
32.压力能回收利用系统200还包括依次相连的氢气管道207、氢气压缩机204和增压氢外送管道208，其中，膨胀机202与氢气压缩机204同轴设置，氢气管道207连接到中压电解水制氢系统100。
33.其中，中压电解水制氢系统100包括中压碱性电解槽101、氢分离冷却器102、氧分离冷却器103、碱液水冷器104、碱液循环泵105和氢气纯化装置106。
34.具体的，中压碱性电解槽101连接到氢分离冷却器102和氧分离冷却器103，氢分离冷却器102和氧分离冷却器103通过碱液水冷器104、碱液循环泵105连接到中压碱性电解槽101，氢分离冷却器102通过氢气纯化装置106连接到氢气压缩机204，氧分离冷却器103连接到氧气缓冲罐201。
35.中压碱性电解槽101内水电解产生氢气和氧气，含有氢气的电解液进入氢分离冷却器102，氢气和电解液分开，电解液依次经过碱液水冷器104、碱液循环泵105回流至中压碱性电解槽101，氢气进入氢气纯化装置106，经纯化处理后再送入压力能回收利用系统200；含有氧气的电解液进入氧分离冷却器103，氧气和电解液分开，电解液依次经过碱液水冷器104、碱液循环泵105回流至中压碱性电解槽101，氧气进入压力能回收利用系统200。
36.中压电解水制氢系统100的氢气通过氢气管道207与压力能回收利用系统200的氢气压缩机204相连接；中压电解水制氢系统100的氧气通过氧气管道205与压力能回收利用系统200的氧气缓冲罐201相连接，并且为压力能回收利用系统200提供动力；氢气和氧气压力相同，且均为1.6mpa～10mpa。
37.氧气缓冲罐201与膨胀机202之间设置有氧气纯度检测仪(图中未示出)，氢气纯化装置106与氢气压缩机204之间设置有氢气纯度检测仪(图中未示出)，氧气缓冲罐201与膨胀机202之间设置有调节阀(图中未示出)，氢气纯化装置106与氢气压缩机204之间设置有
调节阀(图中未示出)，膨胀机202与循环水冷却器203之间设置有手阀(图中未示出)。
38.氧气经过氧分离冷却器103后送入氧气缓冲罐201稳压，再经过纯度检测后进入膨胀机202将压力能转化为机械能，出膨胀机202的低温氧气进入循环水冷却器203给循环水降温，之后再经过氧气放空管206排空；膨胀机202产生的机械能带动氢气压缩机204工作，使电解水生成的氢气进一步增压后作为产品经增压氢外送管道208送出。
39.循环水冷却器203为管壳式换热器，循环水冷却器203的壳程入口连接电解水制氢系统的循环回水管线，循环水冷却器203的壳程出口连接电解水制氢系统的循环水冷却塔的入口管线(图中未示出)。
40.优选地，膨胀机202与循环水冷却器203之间的管线表面包裹隔热保冷棉(图中未示出)。
41.优选地，膨胀机202为透平式膨胀机202。
42.优选地，氢气压缩机204为往复式压缩机，氢气压缩机204与膨胀机202之间通过机械连接驱动(图中未示出)，使膨胀机202带动压缩机工作，进而实现氢气压缩。
43.实施例：
44.以制氢规模为50mw的中压电解水制氢系统100为例，该系统氢气产量为10000m3/h，氧气产量为5000m3/h，循环水用量约为15t/h，产品氢气送至下游合成氨装置。
45.在电解水制氢压力能回收利用系统中，进入氧气缓冲罐201的氧气压力为1.6mpa，温度为80℃，流量为5000m3/h；取膨胀机202的等熵效率为75％，氧气经过膨胀机202后压力降至0.3mpa，温度降至15℃左右，低温低压的氧气进入循环水冷却器203的管程，与进入循环水冷却器203的壳程的0.3mpa、40℃循环回水换热，将循环回水冷却至34℃，再送至电解水制氢系统的循环水冷却塔进一步冷却到32℃，以满足电解水制氢系统循环上水温度要求；同时，膨胀机202带动氢气压缩机204工作，将进入氢气压缩机204的1.6mpa氢气增压至5.5mpa后外送至下游合成氨装置作为化工原料。
46.本实施例提供的电解水制氢压力能回收利用系统的有益效果包括：
47.能够回收利用电解水制氢过程中废弃的氧气压力能，并且流程简单，一是可以利用氧气膨胀后的机械能为氢气压缩机204提供动力；二是可以利用氧气膨胀后的冷量给电解水制氢系统的循环水降温，降低了循环水冷却塔的能耗，以此达到节能降耗目的；三是氢气压缩机204不需要电机驱动，直接由膨胀机202转化的机械能驱动，能量利用效率更高。
48.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种电解水制氢压力能回收利用系统，其特征在于，所述电解水制氢压力能回收利用系统包括中压电解水制氢系统(100)和压力能回收利用系统(200)；所述压力能回收利用系统(200)包括依次相连的氧气管道(205)、氧气缓冲罐(201)、膨胀机(202)、循环水冷却器(203)和氧气放空管(206)，其中，所述氧气管道(205)连接到所述中压电解水制氢系统(100)；所述压力能回收利用系统(200)还包括依次相连的氢气管道(207)、氢气压缩机(204)和增压氢外送管道(208)，其中，所述膨胀机(202)与所述氢气压缩机(204)同轴设置，所述氢气管道(207)连接到所述中压电解水制氢系统(100)。2.根据权利要求1所述的电解水制氢压力能回收利用系统，其特征在于，所述中压电解水制氢系统(100)包括中压碱性电解槽(101)、氢分离冷却器(102)、氧分离冷却器(103)、碱液水冷器(104)、碱液循环泵(105)和氢气纯化装置(106)；所述中压碱性电解槽(101)连接到所述氢分离冷却器(102)和所述氧分离冷却器(103)，所述氢分离冷却器(102)和所述氧分离冷却器(103)通过所述碱液水冷器(104)、所述碱液循环泵(105)连接到所述中压碱性电解槽(101)，所述氢分离冷却器(102)通过所述氢气纯化装置(106)连接到所述氢气压缩机(204)，所述氧分离冷却器(103)连接到所述氧气缓冲罐(201)。3.根据权利要求2所述的电解水制氢压力能回收利用系统，其特征在于，所述中压碱性电解槽(101)内水电解产生氢气和氧气，含有氢气的电解液进入所述氢分离冷却器(102)，氢气和电解液分开，电解液依次经过所述碱液水冷器(104)、所述碱液循环泵(105)回流至所述中压碱性电解槽(101)，氢气进入所述氢气纯化装置(106)，经纯化处理后再送入所述压力能回收利用系统(200)；含有氧气的电解液进入所述氧分离冷却器(103)，氧气和电解液分开，电解液依次经过所述碱液水冷器(104)、所述碱液循环泵(105)回流至所述中压碱性电解槽(101)，氧气进入所述压力能回收利用系统(200)。4.根据权利要求1所述的电解水制氢压力能回收利用系统，其特征在于，所述中压电解水制氢系统(100)的氢气通过所述氢气管道(207)与所述压力能回收利用系统(200)的所述氢气压缩机(204)相连接；所述中压电解水制氢系统(100)的氧气通过所述氧气管道(205)与所述压力能回收利用系统(200)的所述氧气缓冲罐(201)相连接，并且为所述压力能回收利用系统(200)提供动力。5.根据权利要求4所述的电解水制氢压力能回收利用系统，其特征在于，通过所述氢气管道(207)的氢气和通过所述氧气管道(205)的氧气压力相同，且均为1.6mpa～10mpa。6.根据权利要求2所述的电解水制氢压力能回收利用系统，其特征在于，所述氧气缓冲罐(201)与所述膨胀机(202)之间设置有氧气纯度检测仪，所述氢气纯化装置(106)与所述氢气压缩机(204)之间设置有氢气纯度检测仪，所述氧气缓冲罐(201)与所述膨胀机(202)之间设置有调节阀，所述氢气纯化装置(106)与所述氢气压缩机(204)之间设置有调节阀，所述膨胀机(202)与所述循环水冷却器(203)之间设置有手阀。7.根据权利要求1所述的电解水制氢压力能回收利用系统，其特征在于，经过所述氧气缓冲罐(201)稳压的氧气经过纯度检测后进入所述膨胀机(202)，所述膨胀机(202)将氧气的压力能转化为机械能，出所述膨胀机(202)的氧气进入所述循环水冷却器(203)给循环水降温，之后再经过所述氧气放空管(206)排空；所述膨胀机(202)产生的机械能带动所述氢
气压缩机(204)工作，使电解水生成的氢气增压后作为产品经所述增压氢外送管道(208)送出。8.根据权利要求1所述的电解水制氢压力能回收利用系统，其特征在于，所述循环水冷却器(203)为管壳式换热器，所述循环水冷却器(203)的壳程入口连接所述电解水制氢系统的循环回水管线，所述循环水冷却器(203)的壳程出口连接所述电解水制氢系统的循环水冷却塔的入口管线。9.根据权利要求1所述的电解水制氢压力能回收利用系统，其特征在于，所述膨胀机(202)与所述循环水冷却器(203)之间的管线表面包裹隔热保冷棉。10.根据权利要求1所述的电解水制氢压力能回收利用系统，其特征在于，所述氢气压缩机(204)为往复式压缩机，所述氢气压缩机(204)与所述膨胀机(202)之间通过机械连接驱动，使所述膨胀机(202)带动所述氢气压缩机(204)工作。

技术总结

本发明的实施例提供了一种电解水制氢压力能回收利用系统，涉及碱性电解水制氢技术领域。电解水制氢压力能回收利用系统包括中压电解水制氢系统和压力能回收利用系统；压力能回收利用系统包括依次相连的氧气管道、氧气缓冲罐、膨胀机、循环水冷却器和氧气放空管，其中，氧气管道连接到中压电解水制氢系统；压力能回收利用系统还包括依次相连的氢气管道、氢气压缩机和增压氢外送管道，其中，膨胀机与氢气压缩机同轴设置，氢气管道连接到中压电解水制氢系统。该系统能够解决电解水制氢过程中副产氧气直接放空浪费的问题，还可以降低电解水制氢系统的能耗。系统的能耗。系统的能耗。