【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及pem電解水制氫，具體地說是一種保持陰陽極壓差穩定的pem制氫陰極水回收系統及方法。
技術介紹
1、pem電解水制氫是一種新興的制氫技術，它的工作原理是水分子首先在陽極催化劑的催化作用下分解成氧氣和氫正離子(h+)，隨后h+穿過陰陽極之間的pem膜，進而在陰極催化劑的催化下生成氫氣。由于在陰極產生的氫氣和陽極產生氧氣會被pem膜分隔開來，因此pem電解水制氫具有產氫純度高(>99.99％)的優點，同時pem電解水這種技術具有能量轉化效率高、響應速度快、占地面積小等優點。
2、然而這種技術在應用時，陽極的h+在穿過陰陽極之間的pem膜進入陰極時，也帶了少量的水到陰極，所以電解槽的陰極出口產物中除了有氫氣之外，還有去離子水和氫氣一起從pem電解槽中排出，這就需要進一步分離氫氣和水，并將陰極中產生的水先送回一個常壓的電解槽補水箱中實現再次使用，而陽極的分離產物中雖然也有水，但是其是直接回到循環系統水泵中繼續參與電解反應。
3、而隨著pem電解槽技術的發展，電解槽的功率和產氫量越來越大，隨之而來的是陰極和陽極分離的水也越來越多，其中陽極出口的氧氣分離出來的水直接進入循環系統，不需要排出，所以對陽極背壓的影響可以忽略，但陰極出口的氫氣分離出來的水需要排到常壓補水箱中，這個排水過程會對陰極壓力的穩定性造成影響，進而導致陰陽極的壓差變大，而陰陽極壓差不平衡就容易導致制氫系統運行過程中的催化劑脫落。因此如何在高壓pem電解槽穩態運行過程中，并且陰極仍不斷排出分離的液態水的狀態下，仍然能保持陰陽極的壓差
4、cn114507870b專利中公開了一種壓差控制器、制氫系統、制氫系統的控制方法及裝置，該制氫系統包括電解槽、氧分離器、第一驅動裝置、氫分離器、第二驅動裝置和壓差控制器等裝置，該系統在壓差控制器中根據壓差信號反饋，控制驅動裝置帶動密封活塞運動，進而使氫分離器與氧分離器之間的壓差在預設范圍內，從而可以解決在pem制氫系統運行過程中存在催化劑脫落的問題，但該裝置并不是針對因為陰極出口排水導致的陰陽極壓差變大問題。
5、cn116676639a專利中公開了一種種電解水制氫系統陰陽極出口壓力及壓差控制方法，其包括如下步驟：設定每個參數的壓力標準值p、壓差標準值δp；獲取的系統陰極和陽極出口壓力pi，并根據壓力標準值p與測量值pi的比對；獲取的系統陰極和陽極出口壓力差δpi，并根據壓力標準值δp與測量值δpi的比對；系統根據比對結果，當參數不再預定范圍內時，各自壓力控制回路會自動調節相應調節閥使壓力穩定控制在目標上，其中該方法主要是通過在氧氣側分離器的壓力調節閥串聯增壓泵實現調節，比如當氧氣側分離器的出口壓力較小時，通過增壓泵進行增壓。該方法也并不是針對因為陰極出口排水導致的陰陽極壓差變大問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種保持陰陽極壓差穩定的pem制氫陰極水回收系統及方法，其在陰極水排出的過程中，能夠保持陰極出口壓力穩定，同時與陽極的壓差始終維持在符合要求的范圍內，從而可以保證陰陽極壓差平衡。
2、本專利技術的目的是通過以下技術方案來實現的：
3、一種保持陰陽極壓差穩定的pem制氫陰極水回收系統，包括氣液分離罐和儲水罐，其中氣液分離罐一側設有輸入管路與電解槽陰極出口連接、另一側設有排氫氣管路，所述氣液分離罐上設有分離罐中液位傳感器和分離罐下液位傳感器，所述氣液分離罐下端通過連接管路與儲水罐上端入口連接，并且所述連接管路上設有分離罐出水控制閥，所述儲水罐上端入口設有儲水罐入口控制閥，所述儲水罐上設有儲水罐上液位傳感器和儲水罐下液位傳感器，所述儲水罐下端設有回水管路與電解槽補水箱連接，并且所述回水管路上設有回水控制閥。
4、所述輸入管路上設有輸入溫度傳感器、輸入壓力傳感器和冷卻換熱板。
5、所述排氫氣管路上設有陰極背壓閥。
6、所述氣液分離罐上設有分離罐上液位傳感器，且所述分離罐上液位傳感器、分離罐中液位傳感器和分離罐下液位傳感器由上到下依次設置。
7、所述儲水罐上設有氫氣排出口。
8、所述儲水罐上設有儲水罐溫度控制閥和儲水罐導電儀，所述儲水罐下側設有排水管路，且所述排水管路一端與所述回水管路連接，另一端與陰極排水口相連，所述排水管路上設有儲水罐排水控制閥。
9、當所述儲水罐導電儀檢測的電導率高于回收指標時，所述儲水罐排水控制閥打開，所述回水控制閥關閉；當所述儲水罐導電儀檢測的電導率低于回收指標時，所述回水控制閥打開，所述儲水罐排水控制閥關閉。
10、所述回水管路上依次設有回水控制閥、回水泵、回水單向閥和回水壓力傳感器。
11、一種根據所述的保持陰陽極壓差穩定的pem制氫陰極水回收系統的控制方法，包括如下步驟：
12、步驟一：確定陰極出口排水壓力波動范圍；
13、步驟二：確定氣液分離罐排水體積va，并據此確定分離罐中液位傳感器和分離罐下液位傳感器的安裝位置，其中分離罐中液位傳感器和分離罐下液位傳感器之間的體積為va；
14、步驟三：確定氣液分離罐的排水次數x，具體為：
15、根據理想氣體方程得下式(3)：
16、p1v1＝p2v2＝nrt??(3)；
17、上式(3)中，p1和v1為變化前的壓強和氣體體積，p2和v2為變化后的壓強和氣體體積，t為溫度，n為氣體的物質的量，r為摩爾氣體常數，p1、p2、n、r、t均為已知量，進而求得v1和v2，而兩者差值為每次壓力排出時的排水量vb，然后根據va/vb求得排水次數x；
18、步驟四：確定儲水罐的體積vc以及儲水罐上液位傳感器和儲水罐下液位傳感器安裝位置，其中儲水罐上液位傳感器和儲水罐下液位傳感器之間的體積為va；
19、步驟五：根據分離罐出水控制閥和回水控制閥的最短動作時間t1確定每次開啟時的最大流量qmax，具體為：
20、
21、步驟六：根據pem制氫條件確定分離罐出水控制閥和回水控制閥的計算流量q：
22、
23、上式(4)中，kv流量系數、△p是控制閥入口壓力減去控制閥出口壓力、ρ是水的密度；
24、步驟七：根據氣液分離罐每次的排水體積va、氣液分離罐的排水次數x以及qmax和q進行排水控制，其中儲水罐入口控制閥根據qmax和q控制開啟幅度，如果q≤qmax，儲水罐入口控制閥全開不動作，如果q＞qmax，儲水罐入口控制閥開啟幅度變小以縮小上述kv。
25、步驟七中，kv值經過調整需滿足：
26、
27、本專利技術的優點與積極效果為：
28、1、本專利技術在陰極水排出的過程中，能夠保持陰極出口壓力穩定，同時與陽極的壓差始終維持在符合要求的范圍內，從而可以保證陰陽極壓差平衡，不會出現因為陰陽極的壓差變大導致制氫系統運行過程中催化本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種保持陰陽極壓差穩定的PEM制氫陰極水回收系統，其特征在于：包括氣液分離罐(2)和儲水罐(3)，其中氣液分離罐(2)一側設有輸入管路與電解槽陰極出口(1)連接、另一側設有排氫氣管路(201)，所述氣液分離罐(2)上設有分離罐中液位傳感器(203)和分離罐下液位傳感器(204)，所述氣液分離罐(2)下端通過連接管路與儲水罐(3)上端入口連接，并且所述連接管路上設有分離罐出水控制閥(205)，所述儲水罐(3)上端入口設有儲水罐入口控制閥(301)，所述儲水罐(3)上設有儲水罐上液位傳感器(304)和儲水罐下液位傳感器(305)，所述儲水罐(3)下端設有回水管路(4)與電解槽補水箱(5)連接，并且所述回水管路(4)上設有回水控制閥(401)。
2.根據權利要求1所述的保持陰陽極壓差穩定的PEM制氫陰極水回收系統，其特征在于：所述輸入管路上設有輸入溫度傳感器(101)、輸入壓力傳感器(102)和冷卻換熱板(103)。
3.根據權利要求1所述的保持陰陽極壓差穩定的PEM制氫陰極水回收系統，其特征在于：所述排氫氣管路(201)上設有陰極背壓閥(2011)。>
4.根據權利要求1所述的保持陰陽極壓差穩定的PEM制氫陰極水回收系統，其特征在于：所述氣液分離罐(2)上設有分離罐上液位傳感器(202)，且所述分離罐上液位傳感器(202)、分離罐中液位傳感器(203)和分離罐下液位傳感器(204)由上到下依次設置。
5.根據權利要求1所述的保持陰陽極壓差穩定的PEM制氫陰極水回收系統，其特征在于：所述儲水罐(3)上設有氫氣排出口(306)。
6.根據權利要求1所述的保持陰陽極壓差穩定的PEM制氫陰極水回收系統，其特征在于：所述儲水罐(3)上設有儲水罐溫度控制閥(302)和儲水罐導電儀(303)，所述儲水罐(3)下側設有排水管路(6)，且所述排水管路(6)一端與所述回水管路(4)連接，另一端與陰極排水口(602)相連，所述排水管路(6)上設有儲水罐排水控制閥(601)。
7.根據權利要求6所述的保持陰陽極壓差穩定的PEM制氫陰極水回收系統，其特征在于：當所述儲水罐導電儀(303)檢測的電導率高于回收指標時，所述儲水罐排水控制閥(601)打開，所述回水控制閥(401)關閉；當所述儲水罐導電儀(303)檢測的電導率低于回收指標時，所述回水控制閥(401)打開，所述儲水罐排水控制閥(601)關閉。
8.根據權利要求1所述的保持陰陽極壓差穩定的PEM制氫陰極水回收系統，其特征在于：所述回水管路(4)上依次設有回水控制閥(401)、回水泵(402)、回水單向閥(403)和回水壓力傳感器(404)。
9.一種根據權利要求1所述的保持陰陽極壓差穩定的PEM制氫陰極水回收系統的控制方法，其特征在于：包括如下步驟：
10.根據權利要求9所述的保持陰陽極壓差穩定的PEM制氫陰極水回收系統的控制方法，其特征在于：步驟七中，KV值經過調整需滿足：
...【技術特征摘要】
1.一種保持陰陽極壓差穩定的pem制氫陰極水回收系統，其特征在于：包括氣液分離罐(2)和儲水罐(3)，其中氣液分離罐(2)一側設有輸入管路與電解槽陰極出口(1)連接、另一側設有排氫氣管路(201)，所述氣液分離罐(2)上設有分離罐中液位傳感器(203)和分離罐下液位傳感器(204)，所述氣液分離罐(2)下端通過連接管路與儲水罐(3)上端入口連接，并且所述連接管路上設有分離罐出水控制閥(205)，所述儲水罐(3)上端入口設有儲水罐入口控制閥(301)，所述儲水罐(3)上設有儲水罐上液位傳感器(304)和儲水罐下液位傳感器(305)，所述儲水罐(3)下端設有回水管路(4)與電解槽補水箱(5)連接，并且所述回水管路(4)上設有回水控制閥(401)。
2.根據權利要求1所述的保持陰陽極壓差穩定的pem制氫陰極水回收系統，其特征在于：所述輸入管路上設有輸入溫度傳感器(101)、輸入壓力傳感器(102)和冷卻換熱板(103)。
3.根據權利要求1所述的保持陰陽極壓差穩定的pem制氫陰極水回收系統，其特征在于：所述排氫氣管路(201)上設有陰極背壓閥(2011)。
4.根據權利要求1所述的保持陰陽極壓差穩定的pem制氫陰極水回收系統，其特征在于：所述氣液分離罐(2)上設有分離罐上液位傳感器(202)，且所述分離罐上液位傳感器(202)、分離罐中液位傳感器(203)和分離罐下液位傳感器(204)由上到下依次設置。
5.根據權利...
【專利技術屬性】
技術研發人員：付宇，范身申，
申請(專利權)人：大連氫翼新能源有限公司，
類型：發明
國別省市：
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