可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，包括所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝粉生产装置提供电能；所述循环式铝粉生产装置，用于将氧化铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉输送到水铝制氢装置；所述水铝制氢装置，用于将所述铝粉通过制氢反应获得氢气和氧化铝，将所述氢气进行干燥存储，将所述氧化铝干燥后返回至循环式铝粉生产装置循环使用继续进行电解获得铝粉；还公开了一种铝水制氢方法，通过本发明专利技术实现了可再生能源的就地消纳；将气态运氢改为固态运铝则将运输效率提高了10倍，其运输安全性也大大增强；制氢过程和氢氧化铝分解过程实现了深度耦合，使热能得以充分利用，降低了现场制氢的用电成本。

Aluminum-water hydrogen production system and method for recyclable comprehensive utilization of electric energy for aluminium electrolysis

The invention discloses a recyclable hydroaluminium production system which comprehensively utilizes electric energy to electrolyze aluminium, including the renewable energy power generation device for supplying electric energy to the recycling aluminium powder production device; the recycling aluminium powder production device for electrolysing aluminium oxide to obtain aluminium powder and conveying the aluminium powder to the hydroaluminium production device; and the hydroaluminium hydrogen production device for conveying the aluminium powder to the hydroaluminium production device. Hydrogen and alumina are obtained by hydrogen production reaction of aluminium powder, the hydrogen is dried and stored, the aluminium oxide is dried and returned to the circulating aluminium powder production device for recycling use and continuous electrolysis to obtain aluminium powder; a method for producing hydrogen from aluminium water is also disclosed, which realizes the local absorption of renewable energy by the present invention; and the transportation efficiency is improved by replacing gaseous hydrogen with solid aluminium. 10 times, its transportation safety is greatly enhanced; the process of hydrogen production and aluminium hydroxide decomposition are deeply coupled, so that the thermal energy can be fully utilized and the electricity cost of hydrogen production on site is reduced.

【技术实现步骤摘要】
可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统及方法
本专利技术涉及新能源综合利用与化工制氢
，具体涉及一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统及方法。
技术介绍
当前汽车工业可持续发展面临着严峻的能源和环境挑战，发展新能源汽车已是全球的共识，同时也是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，已成为我国的基本国策之一。其中，燃料电池汽车因具有能量密度高、续航里程与传统汽车相当、加注燃料(压缩氢气)时间短(5-10分钟)、零排放无废电池二次污染等优点被业内一致认为是汽车工业的终极目标。由于氢气极小的密度(标准状态下，氢的密度为0.0899g/L)以及易燃易爆的特性，现场利用天然气、焦炉气或氯碱工业生产氢气就地为燃料电池汽车加氢是最佳的方式，但是这种方式对于没有固定路线的燃料电池汽车而言也带来了诸多不便。作为汽车燃料的氢气只能在制氢地通过储运方式运输至加氢站为燃料电池汽车实施加氢。在氢化物储氢和吸附储氢技术尚不成熟的情况下目前氢气主要通过气氢拖车、管道运输和液氢罐车等物理储氢的方式进行储存并运输至加氢站为燃料电池汽车供氢。其中管道运输方式中管道投资成本过高且只能点对点，难以成为主流；液氢罐车耗能严重且容器绝热性等重点技术尚未攻克；而气氢拖车(如鱼雷车等)则是未来一段时间内主要的运输方式，然而该种方式仍然存在着两大弊端：其一在于该方式运输的是高压气态氢其单车载氢量仅限于300kg以下，而整车(鱼雷车)却重达27000kg，基本相当于空车在跑，单位载质量能耗高并不经济；其二在于运输成本及安全性与运输距离相关性强，运输半径超过200km后成本激增，安全隐患也更大。气氢拖车的储运费用已占氢气售价的40％至70％，因此，气氢拖车运输也仅限定于小规模、短距离运输的情景。氢气的储运已经成为制约燃料电池汽车大规模应用的一个重大障碍；而如何充分利用可再生能源产生的巨量的过剩电能进行低成本、小规模、灵活分布的生产高纯氢，已经成为推动燃料电池汽车规模化应用进而全面推进国家电力改革创新和能源转型升级所亟待突破的关键瓶颈技术。而铝水解制氢则因具有很高的氢气产量(1245mL/g)和储氢值11.1％(质量分数)以及地球储量丰富易于获取且成本低廉等优点可实现随时制氢、供氢，解决了氢气的储存以及运输过程中的安全问题；但金属铝性质活泼，易于被氧化，并在铝的表面生成致密的氧化铝保护膜，从而导致铝水溶液反应过程不能持续进行下去。这极大的限制了铝水溶液反应制氢技术的发展。如何破坏铝表面的致密氧化膜是解决该问题的关键。通常有两种技术路线：其一为将水替换成碱的水溶液，利用OH-离子破坏铝表面的氧化膜形成水溶性的AlO2-，但是生成的氢气会将高温体系中的碱液带出对燃料电池电堆造成损害，因而需要除去碱性成分，提纯技术复杂使用不便；其二为采用机械球磨的手段在铝中加入镓、铟、锌、锡或金属氧化物、氢氧化物以及汞齐化等方式形成铝复合材料，但机械混合无法实现原料充分混合，导致铝水解速率不均匀，而且镓、铟、锡、汞等成本较高以及汞毒性较大等问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统及方法。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术实施例提供一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，其包括可再生能源发电装置、循环式铝粉生产装置、水铝制氢装置；所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝粉生产装置提供电能；所述循环式铝粉生产装置，用于将氧化铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉输送到水铝制氢装置；所述水铝制氢装置，用于将所述铝粉通过制氢反应获得氢气和氧化铝，将所述氢气进行干燥存储，将所述氧化铝干燥后返回至循环式铝粉生产装置循环使用继续进行电解获得铝粉。上述方案中，所述循环式铝粉生产装置包括依次连接的铝电解槽、雾化炉、氮气雾化装置、铝粉分级装置、铝粉真空包装机，所述铝电解槽、雾化炉之间通过导液槽连接；所述循环式铝粉生产装置还包括设置在雾化炉上用于添加缓蚀剂的自动投料机。上述方案中，所述水铝制氢装置包括依次连接的铝水反应釜、氢气干燥塔、氢气压缩机、高压储氢容器。上述方案中，所述水铝制氢装置还包括真空耙式干燥机、冷却器、循环泵、加热器，所述真空耙式干燥机的进料口与铝水反应釜的氢氧化铝出料口连接；所述冷却器的出液口依次通过管路连接铝水反应釜、循环泵、加热器、真空耙式干燥机，所述真空耙式干燥机的出液口与冷却器的进液口连接，形成液体循环回路。上述方案中，所述循环式铝粉生产装置还包括变压整流柜，所述变压整流柜的输入端与可再生能源发电装置连接，输出端分别与铝电解槽、雾化炉、氮气雾化装置、铝粉分级装置、铝粉真空包装机连接。上述方案中，所述氮气雾化装置包括氮气压力平衡罐、送风机、压缩机、高压储气罐、加热器、雾化塔、储料罐；所述雾化塔与储料罐连接，所述氮气压力平衡罐一路通过送风机向雾化塔内输入氮气，另一路通过压缩机、高压储气罐、加热器为雾化塔的雾喷嘴提供高压高温雾化氮气。上述方案中，所述铝粉分级装置包括依次连接的旋风收集器、离心分级器、袋式除尘器。本专利技术实施例还提供一种如上述方案任意一项所述的可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统的制氢方法，该方法通过如下步骤实现：步骤(1)，可再生能源发电装置产生的电能通过变压整流柜为循环式铝粉生产装置供电；步骤(2)，将氧化铝加入循环式铝粉生产装置中进行电解得到铝粉，对所述铝粉输送到水铝制氢装置；步骤(3)，将所述步骤(2)制得的铝粉进行制氢反应获得氢气和氧化铝，将所述氢气进行干燥存储；将所述氧化铝干燥后返回至循环式铝粉生产装置循环使用继续进行电解获得铝粉。上述方案中，所述步骤(2)，具体通过以下步骤实现：步骤(201)，将氧化铝粉加入铝电解槽中进行电解得到高温铝液；步骤(202)，将所述步骤(201)得到的高温铝液通过导液槽送至雾化炉中，同时将粉体缓蚀剂通过自动投料机加入到雾化炉中熔融并在搅拌机的搅拌作用下与铝液进行充分混合，获得的铝复合液在雾化炉中被继续加热并保持雾化温度；所述铝复合液在文丘里效应作用下凝固成复合铝粉，再通过铝粉分级装置进行分级，分离出各种不同中粒径d50的复合铝粉。上述方案中，所述步骤(202)中，所述粉体缓蚀剂包括一水软铝石粉末、刚玉粉末、氧化钙粉末、氢氧化钙粉末、工业食盐、工业氯化钾中的一种或多种；所述粉体缓蚀剂的加入量为0.5wt.％～30wt.％，其余为金属铝。与现有技术相比，本专利技术将弃风、弃光、弃水等可再生能源的过剩电力与火电进行优势互补用于高耗能的电解铝行业，并巧妙的以铝储能的形式用于水解制氢，总制氢效率高达80％，既有效缓解了可再生能源发电领域的弃风、弃光、弃水问题，实现了可再生能源的就地消纳，又减轻了供热期电网向下调峰的压力，从而成功实现了电能的综合、高效利用；本专利技术通过采用电解铝替代电解水的方式将可再生能源的过剩电能存储于铝中不仅成功规避了电解水制氢需要高压氢瓶存储所导致的高耗能、高成本和高危险的问题，而且将气态运氢改为固态运铝则将运输效率提高了10倍，其运输安全性也大大增强；本专利技术不仅避免了再次高温熔化及球磨的高耗能和设备复杂性，还实现了原子/分子级的混合，从而保证了复合铝粉的混合均匀性，使得铝粉与中性水持续反应成为可能，进而也避免了使用高腐蚀性的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，其特征在于，其包括可再生能源发电装置、循环式铝粉生产装置、水铝制氢装置；所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝粉生产装置提供电能；所述循环式铝粉生产装置，用于将氧化铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉输送到水铝制氢装置；所述水铝制氢装置，用于将所述铝粉通过制氢反应获得氢气和氧化铝，将所述氢气进行干燥存储，将所述氧化铝干燥后返回至循环式铝粉生产装置循环使用继续进行电解获得铝粉。

【技术特征摘要】
1.一种可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，其特征在于，其包括可再生能源发电装置、循环式铝粉生产装置、水铝制氢装置；所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝粉生产装置提供电能；所述循环式铝粉生产装置，用于将氧化铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉输送到水铝制氢装置；所述水铝制氢装置，用于将所述铝粉通过制氢反应获得氢气和氧化铝，将所述氢气进行干燥存储，将所述氧化铝干燥后返回至循环式铝粉生产装置循环使用继续进行电解获得铝粉。2.根据权利要求1所述的可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，其特征在于，所述循环式铝粉生产装置包括依次连接的铝电解槽、雾化炉、氮气雾化装置、铝粉分级装置、铝粉真空包装机，所述铝电解槽、雾化炉之间通过导液槽连接；所述循环式铝粉生产装置还包括设置在雾化炉上用于添加缓蚀剂的自动投料机。3.根据权利要求1或2所述的可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，其特征在于，所述水铝制氢装置包括依次连接的铝水反应釜、氢气干燥塔、氢气压缩机、高压储氢容器。4.根据权利要求3所述的可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，其特征在于，所述水铝制氢装置还包括真空耙式干燥机、冷却器、循环泵、加热器，所述真空耙式干燥机的进料口与铝水反应釜的氢氧化铝出料口连接；所述冷却器的出液口依次通过管路连接铝水反应釜、循环泵、加热器、真空耙式干燥机，所述真空耙式干燥机的出液口与冷却器的进液口连接，形成液体循环回路。5.根据权利要求4所述的可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，其特征在于，所述循环式铝粉生产装置还包括变压整流柜，所述变压整流柜的输入端与可再生能源发电装置连接，输出端分别与铝电解槽、雾化炉、氮气雾化装置、铝粉分级装置、铝粉真空包装机连接。6.根据权利要求5所述的可循环式综合利用电能电解铝的铝水制氢系统，其特征在于，所述氮气雾化...

【专利技术属性】
技术研发人员：季孟波，马学明，魏银仓，
申请(专利权)人：银隆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44