电解槽电极的原位活化系统及方法

技术领域

本发明涉及水电解制氢氧技术领域，尤其涉及一种电解槽电极的原位活化系统及方法。

背景技术

传统的水电解制氢氧电解槽催化剂在组装电解槽之前经过活化，活化完成后再进行电解槽组装。但是存在以下问题，该流程在于活化后，组装电解槽的过程中，催化剂会与空气接触，催化剂的活性位点会与空气中的氧气或者其他气体接触并发生反应，从而使催化剂活性降低甚至失活。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电解槽电极的原位活化系统及方法，用以解决现有活化流程方法存在催化剂活性降低甚至失活的问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供了一种电解槽电极的原位活化系统，包括：

活化管路，两端分别连接在电解槽的输出端和输入端；

沿所述电解槽的输出端向输入端的走向，在所述活化管路中依次接入有出口温度监测单元、气液分离单元和进口温度监测单元；

惰性气体充装管路，与所述气液分离单元连接以能完成系统的惰气置换；

进液管路，与所述气液分离单元连接以能向其内部输入活化液；

气体出口管路，连接在所述气液分离单元上；

排污管路，连接在所述电解槽上；

其中，在所述气液分离单元和所述进口温度监测单元之间还接入有泵送单元、换热单元，所述电解槽的内部安装有未经活化处理的催化剂前驱体，所述换热单元能将所述活化管路中的活化液加热至满足预设要求。

优选的，其中，所述换热单元的换热管路中设置有流量控制器。

优选的，其中，催化剂前驱体采用镍基合金制成。

优选的，其中，所述换热单元中的换热媒体采用热水或者热蒸汽以使所述进口温度监测单元维持在预设值。

本发明还提供了一种电解槽电极的原位活化方法，根据前述的电解槽电极的原位活化系统执行以下步骤：

利用所述惰性气体充装管路对系统进行惰气置换以使系统满足活化要求；

通过所述进液管路或所述排污管路向系统内注入活化液，同时开启所述泵送单元以对所述催化剂前驱体进行预设时间的活化处理后生成多孔催化剂；

基于完成所述活化处理，关停所述泵送单元；

通过所述惰性气体充装管路向系统中吹入惰气以将活化液通过所述排污管路压出。

优选的，其中，在所述通过所述惰性气体充装管路向系统中吹入惰气以将活化液通过所述排污管路压出步骤之后还包括：

通过所述进液管路或者所述排污管路向系统内注入去离子水；

开启所述泵送单元利用所述去离子水对系统清洗预设时间后；

通过所述惰性气体充装管路向系统中充入惰气以将系统中残留的去离子水通过所述排污管路压出。

优选的，其中，所述利用所述惰性气体充装管路对系统进行惰气置换以使系统满足活化要求包括：

关闭所述气体出口管路，并利用所述惰性气体充装管路向系统内吹送惰气；

当系统内压力升至第一预设值时，关闭所述惰性气体充装管路，打开所述气体出口管路进行降压；

当系统内压力降至第二预设值时，关闭所述气体出口管路，并利用所述惰性气体充装管路再次向系统内吹送惰气；

按照预设次数循环执行前述步骤，或者基于系统中的氧气含量低于0.5％，将系统确认为满足活化要求。

优选的，其中，基于活化过程中所述换热单元使得所述进口温度监测单元维持在80℃，活化处理的所述预设时间为24小时。

优选的，其中，所述第一预设值为1兆帕。

优选的，其中，所述第二预设值为0.1兆帕。

本发明至少具有以下特点及优点：

本发明活化过程的关键在于电极不和空气接触，以免使催化剂活性降低甚至失活，保护电极表面不受影响，使电极活性更好地发挥出来，从而能提高电解槽性能，降低能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明电解槽电极的原位活化系统的结构示意图。

附图标记与说明：

1、电解槽；2、出口温度监测单元；3、气液分离单元；4、惰性气体充装管路；5、气体出口管路；6、进液管路；7、泵送单元；8、换热单元；9、流量控制器；10、换热媒体；11、进口温度监测单元；12、排污管路。

具体实施方式

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，下文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明提供了一种电解槽1电极的原位活化系统及方法，请参见图1，包括活化管路、惰性气体充装管路4、进液管路6、气体出口管路5、排污管路12、出口温度监测单元2、气液分离单元3和进口温度监测单元11。

具体的，活化管路的两端分别连接在电解槽1的输出端和输入端；沿电解槽1的输出端向输入端的走向，在活化管路中依次接入有出口温度监测单元2、气液分离单元3、泵送单元7、换热单元8和进口温度监测单元11；惰性气体充装管路4与气液分离单元3连接以能完成系统的惰气置换；进液管路6与气液分离单元3连接以能向其内部输入活化液；气体出口管路5连接在气液分离单元3上；排污管路12连接在电解槽1上；其中，在气液分离单元3和进口温度监测单元11之间还接入有泵送单元7、换热单元8(即泵送单元7和换热单元8的接入位置可以互换，也即先泵送后换热或先换热或后泵送)，电解槽1的内部安装有未经活化处理的催化剂前驱体，换热单元8能将活化管路中的活化液加热至满足预设要求。

本领域的技术人员应当明白，原位活化系统和水电解制氢氧系统可以共用设备，不同的是本发明中换热单元8使用时输入的介质目的是为了加热活化液。

在一些实施例中，换热单元8的换热管路中设置有流量控制器9。

在一些实施例中，催化剂前驱体采用镍基合金制成。

在一些实施例中，换热单元8中的换热媒体10采用热水或者热蒸汽以使进口温度监测单元11维持在预设值。

本发明系统包括有水电解槽1，活化液、换热器，去离子水，惰性气体等。其工作原理为：水电解制氢氧电解槽1在组装前，电极不经过活化，以前驱体的状态组装于电解槽1内部；水电解槽1在投入使用前进行活化；活化前用催化剂惰性气体置换水电解制氢氧系统内空气，注入活化液，根据需求控制活化温度，待活化完成后，用惰性气体将系统内活化液压出，必要时注入去离子水冲洗后，再注入电解液，进行正常生产；活化过程的关键在于电极不和空气接触，以免使催化剂活性降低甚至失活。

本发明活化过程的关键在于电极不和空气接触，以免使催化剂活性降低甚至失活，保护电极表面不受影响，使电极活性更好地发挥出来，从而能提高电解槽1性能，降低能耗。

实施方式二

本发明还提供了一种电解槽1电极的原位活化方法，根据实施方式一中任一项的电解槽1电极的原位活化系统执行以下步骤：

利用惰性气体充装管路4对系统进行惰气置换以使系统满足活化要求；

通过进液管路6或排污管路12向系统内注入活化液，同时开启泵送单元7以对催化剂前驱体进行预设时间的活化处理后生成多孔催化剂；

基于完成活化处理，关停泵送单元7；

通过惰性气体充装管路4向系统中吹入惰气以将活化液通过排污管路12压出。

在一些实施例中，在通过惰性气体充装管路4向系统中吹入惰气以将活化液通过排污管路12压出步骤之后还包括：

通过进液管路6或者排污管路12向系统内注入去离子水；

开启泵送单元7利用去离子水对系统清洗预设时间后；

通过惰性气体充装管路4向系统中充入惰气以将系统中残留的去离子水通过排污管路12压出。

在一些实施例中，利用惰性气体充装管路4对系统进行惰气置换以使系统满足活化要求包括：

关闭气体出口管路5，并利用惰性气体充装管路4向系统内吹送惰气；

当系统内压力升至第一预设值时，关闭惰性气体充装管路4，打开气体出口管路5进行降压；

当系统内压力降至第二预设值时，关闭气体出口管路5，并利用惰性气体充装管路4再次向系统内吹送惰气；

按照预设次数循环执行前述步骤，或者基于系统中的氧气含量低于0.5％，将系统确认为满足活化要求。

在一些实施例中，基于活化过程中换热单元8使得进口温度监测单元11维持在80℃，活化处理的预设时间为24小时。

在一些实施例中，第一预设值为1兆帕，第二预设值为0.1兆帕。

下面通过一个实施例来对本发明做进一步的详细描述，请参见图1：

电解槽11中使用了一种镍基合金作为催化剂前驱体，当设备在使用现场安装完毕后，投入使用前，需要对催化剂进行激活。

首先使用对目标催化剂惰性的气体进行系统置换，本实施例中通过惰性气体充装管路4充入氮气，当系统内压力升至1兆帕时，关闭惰性气体充装管路4。打开气体出口管路5，当压力降至0.1兆帕时，关闭气体出口管路5。继续通过惰性气体充装管路4充入氮气，重复以上步骤3次，或者取样测试系统中的氧气含量低于0.5％，之后通过进液管路6或者电解槽1排污口注入活化液，并开启电解液泵送单元7，催化剂前驱体中的活泼元素与活化液反应并溶解在活化液中，且随着活化液的流动被带离催化剂表面，生成多孔催化剂。为了使活化更充分，可以利用系统内的换热单元8进行热量管理，换热媒体10使用热水或者热蒸汽，使得电解槽1进口温度监测单元11维持在80℃。在此状态下活化24小时之后，停止泵送单元7。通过惰性气体充装管路4充入氮气，用氮气将活化液通过电解槽1排污口压出；之后通过进液管路6或者电解槽1排污口注入去离子水，开启泵送单元7清洗系统，清洗1个小时后，再通过惰性气体充装管路4充入氮气将去离子水通过电解槽1排污口压出，之后通过进液管路6或者电解槽1排污口注入电解液，即可正式投入生产。在此过程中，催化剂未与空气接触，保证催化剂的催化活性。

本领域的技术人员应当明白，本发明至少具有和实施方式一同样的有益效果，在此不对其进行赘述。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。