一种碱性电解槽制氢系统及压力控制方法与流程

本发明涉及电解水制氢测试，具体为一种碱性电解槽制氢系统及压力控制方法。

背景技术：

1、碱性电解槽制氢系统通过电解碱液制取氢气和氧气。碱性电解槽制氢装置包括供电装置、碱性电解槽体、分离及收集装置等，其中分离收集装置存放碱液。在制氢过程中，图1为不采取控制方式电解槽阴阳极两侧分离罐内的压力变化，同一时刻下电解槽阴阳极两侧分离罐压差δp随着时间的进行持续增大，相应的电解槽阴阳极两侧分离罐内的液体高度将会出现较大变化，如图2所示，对应的电解槽阴阳极两侧分离罐内极液位差也将会持续变大，如图3所示，如果不采取控压措施，随着时间的推进，两侧分离罐体的液位差越来越大，阳极侧的液位越来越高甚至从管道溢出，这就导致存在腐蚀器件以及氢氧气混合风险的风险，在电解过程中需要充分考虑碱性电解槽制取装置的压力调控方式。

2、目前电解槽制氢装置的压力调控主要通过检测制氢系统中的氢气分离器和氧气分离器的液位平衡，避免阴阳极的压差过大而导致电解槽本身部件受损以及其他系统部件的腐蚀损坏；该方法能够调控碱性电解槽电解工况状况下的压力，对工况压力实现大致的稳定，不足之处在于难以精准的控制电解槽制氢系统的压力，通过检测压力去调控的方式受压力传感器精度的影响过大，容易造成液位突变，从而带来安全隐患。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何精准动态的调控碱性电解槽制氢系统阴阳极的压力压差和液位，保证碱性电解槽制氢系统安全性。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种碱性电解槽制氢系统，包括碱性电解槽、测试电源、阳极分离罐、阴极分离罐、阳极处理系统、阴极处理系统、第一背压阀、第二背压阀、第一压差液位计和第二压差液位计；

4、所述测试电源与碱性电解槽阴阳极电连接；

5、所述碱性电解槽的氧侧出口连接阳极分离罐入口，阳极分离罐出口连接阳极处理系统入口，通过阳极分离罐出口与阳极处理系统入口管道上的第一背压阀对阳极分离罐内液位的进行调控；

6、所述碱性电解槽的氢侧出口连接阴极分离罐入口，阴极分离罐出口连接阴极处理系统入口，通过阴极分离罐出口与阴极处理系统入口管道上的第二背压阀对阴极分离罐内液位的进行调控；

7、所述阳极分离罐和阴极分离罐之间连通；

8、所述第一压差液位计和第二压差液位计分别设置在阳极分离罐和阴极分离罐上，用于采集阳极分离罐和阴极分离罐内的液位高度，并配合第一背压阀和第二背压阀对罐内液位及制氢系统压力进行调控。

9、本发明不仅能够动态的进行升压使系统达到高压工况，降低后续收集处理系统的能量消耗，节约成本；精准动态的调控碱性电解槽制氢系统阴阳极的压力压差和液位，能够避免碱液溢出所造成的部件腐蚀损坏，避免氢氧气混合，保证碱性电解槽制氢系统安全性。

10、优选地，所述阳极分离罐还通过管道与补碱装置连接。

11、优选地，所述阳极分离罐与补碱装置连接的管道上设有电磁阀。

12、优选地，所述阳极分离罐和阴极分离罐之间连通的管道还通过循环装置连接碱性电解槽。

13、优选地，所述循环装置为循环泵。

14、优选地，所述阳极分离罐上设置有第一压力传感器。

15、优选地，所述阴极分离罐上设置有第二压力传感器。

16、优选地，所述阳极分离罐上设置有第一温度传感器。

17、优选地，所述阴极分离罐上设置有第二温度传感器。

18、优选地，本发明还包括一种碱性电解槽制氢系统的压力控制方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

19、步骤一：设定进行调控的终端压力为p及终端允许液位差δpend，阴阳极的起始压力为pin及初始液位差δhin，压力步进值为δp，允许步进的阴阳极液位差为δhallow，压力及液位差维持时间为δt；

20、步骤二：通过压差液位计观察和调控升压或降压过程中的液位变化情况，记录达到步进压力后的压力及液位差维持时间δt1；

21、步骤三：判断当前工况液位差δhn是否小于允许步进的液位差为δhallow，若满足条件进行步骤四，若不满足，控制第一背压阀和第二背压阀调整液位并返回步骤一；

22、步骤四：判断压力及液位差维持时间δt1是否超过设定的维持时间δt，若满足条件进行步骤五，若不满足条件，调整第一背压阀和第二背压阀后维持液位和压力并进行等待，再次执行步骤四；

23、步骤五：进行步进升压或降压，步进压力值为δp；

24、步骤六：通过检测碱性电解槽阴阳极当前压力是否达到步进后的压力值，利用第一压差液位计和第二压差液位计判断当前阴阳极的液位差是否在允许的液位差范围内，若满足条件进行步骤七，若不满足条件，调整第一背压阀和第二背压阀开度并进行等待，再次执行步骤六；

25、步骤七：判断当前压力pn是否达到设定终端压力p，若满足条件，升压或降压过程结束，系统保持终端压力p，第一背压阀和第二背压阀保持当前状态；若不满足条件，则返回步骤三。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、1、本发明能够很好的对碱性电解槽所需的工况压力进行调节；阴阳极液位协同调控方法能够动态的调控碱性电解槽阴阳侧的阳极分离罐和阴极分离罐的液位以及整个系统的工况压力。通过设定每次的压力步进值δp，步进停留时间δt，以及允许步进的分离罐液位差δh，动态的调控整个系统的升压或降压。在碱性电解槽运行工况下，采取压力步进的方式升压可以确保碱性电解槽内的压差范围在允许范围之内，避免了突然升压导致液位剧烈变化所带来的隐患；设定步进停留时间δt可以使系统的工况充分达到测试人员的要求，并且降低了系统部件对于压力突变所带来的负荷，增强了整个系统内各部件对于压力改变的适应性，能够让整个系统均处于平稳的工况压力下；设定允许步进的液位差δhallow能够保证碱性电解槽系统在液位差允许范围内快速响应；此外，由于压差液位计自身的精度很高，通过液位差调节背压阀受压力传感器精度的影响较小，能够精准的对液位进行调控。

28、2、利用阴阳极协同调控的方式动态的调控碱性电解槽制氢系统的压力达到高压工况，可以利用高压工况下产物自身所具备的能力进行产物后续的收集和处理，节约了收集处理过程所需要的能量，降低了额外供能装置的费用，减小了整个系统的体积，便于整体的安装布局。

29、3、利用液位差与背压阀进行调控，能够防止罐内的液位突变溢出，从而防止制氢系统其他部件的腐蚀损坏，避免氢氧气混合，保证碱性电解槽制氢系统安全性。

技术特征：

1.一种碱性电解槽制氢系统，其特征在于：包括碱性电解槽、测试电源、阳极分离罐、阴极分离罐、阳极处理系统、阴极处理系统、第一背压阀、第二背压阀、第一压差液位计和第二压差液位计；

2.根据权利要求1所述的一种碱性电解槽制氢系统，其特征在于：所述阳极分离罐还通过管道与补碱装置连接。

3.根据权利要求2所述的一种碱性电解槽制氢系统，其特征在于：所述阳极分离罐与补碱装置连接的管道上设有电磁阀。

4.根据权利要求1所述的一种碱性电解槽制氢系统，其特征在于：所述阳极分离罐和阴极分离罐之间连通的管道还通过循环装置连接碱性电解槽。

5.根据权利要求4所述的一种碱性电解槽制氢系统，其特征在于：所述循环装置为循环泵。

6.根据权利要求1所述的一种碱性电解槽制氢系统，其特征在于：所述阳极分离罐上设置有第一压力传感器。

7.根据权利要求1所述的一种碱性电解槽制氢系统，其特征在于：所述阴极分离罐上设置有第二压力传感器。

8.根据权利要求1所述的一种碱性电解槽制氢系统，其特征在于：所述阳极分离罐上设置有第一温度传感器。

9.根据权利要求1所述的一种碱性电解槽制氢系统，其特征在于：所述阴极分离罐上设置有第二温度传感器。

10.采用权利要求1至9任意一项所述的碱性电解槽制氢系统的压力控制方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种碱性电解槽制氢系统及压力控制方法，包括碱性电解槽、测试电源、阳极分离罐、阴极分离罐、阳极处理系统、阴极处理系统、第一背压阀、第二背压阀、第一压差液位计和第二压差液位计。本发明的优点在于，本发明不仅能够动态的进行升压使系统达到高压工况，降低后续收集处理系统的能量消耗，节约成本；精准动态的调控碱性电解槽制氢系统阴阳极的压力压差和液位，能够避免碱液溢出所造成的部件腐蚀损坏，避免氢氧气混合，保证碱性电解槽制氢系统安全性。

技术研发人员：闫亚峰,林诒睿,张新建,阚宏伟
受保护的技术使用者：科威尔技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9