本技术涉及电解水制氢，更具体地说，它涉及一种具有氢氧交叉防护功能的电解水制氢系统。
背景技术：
1、氢储能具有长时空跨域输送属性，耦合绿电进行电解水制备绿氢能够推动低碳、高效、清洁的新型能源结构。水电解制氢系统内会出现氢气和氧气的扩散和混合，引起氢氧交叉现象。当前，电解槽制造商标称最小负载通常在负载的10-40％范围内，然而该低负载范围内电解水制氢系统中氢氧交叉现象加剧。因为氢交叉优于氧交叉，所以该负荷主要由氢在氧中的体积分数决定。氢气在氧气混合物中的爆炸极限为4％-75.6％，国际标准中定义在使用水电解生产氢气过程中氧中氢的最大爆炸极限为2％，因此，在氧中氢含量超过2％时，需要启动紧急停止制氢系统。
2、随着不断的技术进步，电解水制氢技术会迈向更高的负荷功率、电流密度、反应温度、反应压力，这也会增大了气体交叉的可能性，氢氧气交叉既会降低电解槽的法拉第效率，也会由于可能形成可燃或爆炸性气体成分而导致的安全问题。因此，如何防护氢氧交叉引起的安全性问题，尤其是实现低的氧中氢体积分数是一个重要的研究课题。
3、现有技术中通过将保护气通入氧气的气液分离器中，以降低分离器中的氢气杂质含量或通过检测电解槽的负荷情况，同步调节碱液温度，以保证氧气中的氢气含量在允许的安全范围内，现有技术中降低氧中氢体积分数的方式，均是采用被动的策略，安全措施的实施具有一定的滞后性，对氢氧交叉问题的解决不够及时、高效。
技术实现思路
1、为了及时、高效的解决氢氧交叉问题，本技术提供一种具有氢氧交叉防护功能的电解水制氢系统。
2、本技术提供的一种具有氢氧交叉防护功能的电解水制氢系统，采用如下的技术方案：一种具有氢氧交叉防护功能的电解水制氢系统，包括电解槽装置、气液分离子系统、电解液循环子系统、补水子系统、氮气置换子系统、冷却水子系统、纯化子系统、电气控制子系统；
3、所述气液分离子系统包括气液分离器、气体冷凝器和碱液洗涤器；
4、所述气液分离器、气体冷凝器、碱液洗涤器上端部的内壁均涂覆有氢氧催化剂涂层；所述氢氧催化剂涂层包括以下原料：环氧树脂粘结剂、固化剂和氢氧催化剂。
5、通过采用上述技术方案，电解液在电解槽装置中进行电解，产生的氢气和氧气经过气液分离子系统处理，将产生的氢气和氧气与携带而出的水汽和碱蒸汽等进行分离，气液分离器的上端部与气相接触，气相主要分为氢气和氧气，由于氢氧交叉现象，氢气中混有氧气，氧气中混有氢气，环氧树脂粘结剂作为氢氧催化剂涂层的基层，氢氧催化剂随着环氧树脂粘结剂一同被涂覆至气液分离器、气体冷凝器、碱液洗涤器的内壁上，氢气与氧气接触氢氧催化剂涂层后，在氢氧催化剂的作用下进行反应生成水，能够有效减少氢中氧和氧中氢，解决了防护措施滞后的情况，并且催化剂在使用时的损耗微乎其微，氢氧催化剂涂层能够及时、长效的对制氢系统进行防护，且涂覆工艺简单，易于操作。
6、优选的，所述环氧树脂粘结剂、氢氧催化剂和固化剂的质量比为(9-21):(70-90):(1-9)。
7、通过采用上述技术方案，控制环氧树脂粘结剂、氢氧催化剂和固化剂的质量比，氢氧催化剂的添加量过少会影响氢气与氧气的反应速率，使得氢氧反应不完全，防护效果降低，固化剂的添加量过多或过少均会影响环氧树脂粘结剂固化后形成的氢氧催化剂涂层质量，出现过度固化和固化不足的情况，影响氢氧催化剂涂层的使用。
8、优选的，所述环氧树脂粘结剂选用双酚a型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂中的一种。
9、通过采用上述技术方案，双酚a型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂形成的涂层均有良好的硬度、强度和耐磨性，与基材之间具有良好的附着力，并且具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性，使用这两种树脂作为氢氧催化剂涂层的基底树脂，使得氢氧催化剂涂层具有良好的力学性能和强度，使得氢氧催化剂稳定存在并发挥催化作用。
10、优选的，所述氢氧催化剂包括活性组分和疏水性载体，活性组分在氢氧催化剂中的添加量为20-80wt％。
11、通过采用上述技术方案，活性组分搭载于疏水性载体上，疏水性载体在环氧树脂粘合剂中的分散性较好，能够携带活性组分分散于环氧树脂粘合剂中，进而使得活性组分在环氧树脂粘合剂中具有良好的分散性，活性组分不易发生团聚，分布较为均匀。
12、优选的，所述氢氧催化剂的活性组分选用钯基催化剂和铂基催化剂中的一种。
13、通过采用上述技术方案，钯基催化剂和铂基催化剂均具有良好的催化性能，能够催化氢气与氧气反应生成水，钯基催化剂具有较高的选择性和活性，而铂基催化剂具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性，钯基催化剂和铂基催化剂在氢氧催化剂涂层中均能发挥良好的催化效果。
14、优选的，所述氢氧催化剂的疏水性载体选用石墨烯、碳纳米管、氧化铈、硅酸镁的一种或多种。
15、优选的，所述氢氧催化剂涂层的涂覆方法，包括以下步骤：
16、清洁：对气液分离器、气体冷凝器和碱液洗涤器的内壁进行清洁，选用酸洗、喷砂、抛光、等离子清洗的一种或多种工艺；
17、混合涂覆：将环氧树脂粘结剂和氢氧催化剂充分混合后，加入固化剂，继续搅拌均匀后，形成氢氧催化剂涂层浆料，涂覆于气液分离器、气体冷凝器和碱液洗涤器上端部的内壁；固化：氢氧催化剂涂层浆料涂覆后，在20-30℃下静置30-60min，升温至120-180℃后，交联固化40-120min，冷却至室温，形成氢氧催化剂涂层。
18、通过采用上述技术方案，气液分离器、气体冷凝器和碱液洗涤器经过清洗后，使得氢氧催化剂涂层浆料与容器内壁的结合更加紧密，氢氧催化剂涂层浆料涂覆后，静置一段时间，能够使得涂层进行初步交联，升温进行进一步交联，分步交联使得形成的涂层更加均匀，减少气泡和裂缝的产生。
19、优选的，所述氢氧催化剂涂层厚度为30-200μm。
20、通过采用上述技术方案，氢氧催化剂涂层与气体接触的部分主要位于氢氧催化剂涂层的表面，氢氧催化剂涂层过厚，其内部的活性组分不易与气体接触，造成浪费增加成本，而氢氧催化剂涂层过薄时，氢氧催化剂涂层的力学性能下降，不利于氢氧催化剂涂层的长久使用。
21、优选的，所述氢氧催化剂涂层中，活性组分的载量为0.1-10mg/cm2。
22、通过采用上述技术方案，氢氧催化剂涂层中对氢气和氧气进行催化的主要成分为活性组分，活性组分的载量直接影响了氢氧催化剂涂层对氢气和氧气的催化效果，活性组分的载量不易过高或过低。
23、综上所述，本技术具有以下有益效果：
24、1、由于本技术采用氢氧催化剂涂层进行氢氧交叉防护，氢氧催化剂涂层能够实时对氢气和氧气进行催化，使得氢气和氧气反应生成水，从而降低了氢中氧的比例和氧中氢的比例，解决了防护措施滞后的情况，并且催化剂在使用时的损耗微乎其微，氢氧催化剂涂层能够及时、长效的对制氢系统进行防护，且涂覆工艺简单，易于操作。
25、2、本技术中优选采用环氧树脂粘结剂作为氢氧催化剂涂层的基底树脂，环氧树脂粘结剂具有良好的硬度、强度和耐磨性，且与基材之间具有良好的附着力，使得氢氧催化剂涂层具有良好的力学性能和强度，有利于氢氧催化剂稳定存在并发挥其催化作用。
26、3、本技术中将活性组分搭载于疏水性载体上，疏水性载体在环氧树脂粘结剂中具有良好的分散性，能够将负载的活性组分均匀分散至环氧树脂粘结剂中，活性组分不易发生团聚，分布较为均匀。
1.一种具有氢氧交叉防护功能的电解水制氢系统，其特征在于：包括电解槽装置、气液分离子系统、电解液循环子系统、补水子系统、氮气置换子系统、冷却水子系统、纯化子系统、电气控制子系统；
2.根据权利要求1所述的一种具有氢氧交叉防护功能的电解水制氢系统，其特征在于：所述环氧树脂粘结剂、氢氧催化剂和固化剂的质量比为(9-21):(70-90):(1-9)。
3.根据权利要求1所述的一种具有氢氧交叉防护功能的电解水制氢系统，其特征在于：所述环氧树脂粘结剂选用双酚a型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种具有氢氧交叉防护功能的电解水制氢系统，其特征在于：所述氢氧催化剂包括活性组分和疏水性载体，活性组分在氢氧催化剂中的添加量为20-80wt%。
5.根据权利要求4所述的一种具有氢氧交叉防护功能的电解水制氢系统，其特征在于：所述氢氧催化剂的活性组分选用钯基催化剂和铂基催化剂中的一种。
6.根据权利要求4所述的一种具有氢氧交叉防护功能的电解水制氢系统，其特征在于：所述氢氧催化剂的疏水性载体选用石墨烯、碳纳米管、氧化铈、硅酸镁的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种具有氢氧交叉防护功能的电解水制氢系统，其特征在于：所述氢氧催化剂涂层的涂覆方法，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种具有氢氧交叉防护功能的电解水制氢系统，其特征在于：所述氢氧催化剂涂层厚度为30-200μm。
9.根据权利要求4所述的一种具有氢氧交叉防护功能的电解水制氢系统，其特征在于：所述氢氧催化剂涂层中，活性组分的载量为0.1-10mg/cm2。
