一种电解水制氢氧综合利用的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电解水制氢氧综合利用的装置和方法，解决了现有技术中通过电解水生产高纯氢气和/或氧气，存在产品单一、得到的电子氢纯度低的技术问题。它包括发电单元（1）、电解水单元（2）、氢气纯化单元（3）、氧气纯化单元（4）、氢气液化冷箱（5）、氧氮液化冷箱（6）以及将空气分离成氮气和氧气的空气分离单元（7）。本发明专利技术的电解水制氢氧综合利用的装置和方法，可以利用空气和水生产燃料氢、电子氢、液氢、液氧、液氮、气氧、液氨和中压蒸汽，实现了能源的综合利用。综合利用。综合利用。

【技术实现步骤摘要】
一种电解水制氢氧综合利用的装置和方法


[0001]本专利技术涉及电能、氢能、储能、碳中和电子等领域，具体涉及一种电解水制氢氧综合利用的装置和方法。

技术介绍

[0002]为实现“2030碳达峰，2060碳中和”，减少对化石能源的依赖，我国一直大力发展光伏、风力、水力等清洁能源发电，截止2021年一季度，光伏发电装机259GW，风力发电装机287GW，水力发电装机371GW，但光伏、风力发电不稳定，偏远地区水力发电不便上网，2021年一季度，弃光电量1700 GW
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h、弃风电量7200 GW
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h、弃水电量1249GW
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h。根据国家发改委、国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》，氢能被纳入新型储能，氢电耦合进入示范阶段。氢是一种高效、洁净的二次能源，可从多种途径获取的理想能源载体，是化石能源向可再生能源过渡的重要桥梁之一。
[0003]因此，可利用电解水制氢氧综合利用装置来解决以上问题，近年来电解水制氢氧综合利用大多集中在制甲醇及氨。
[0004]中国专利技术专利CN 106977369 A“一种综合利用电能联合制甲醇及氨的装置及方法”，生产甲醇和氨，存在产品单一，市场竞争激烈，经济性不够高，且仍然结合了煤化工，带来碳排放，不利于碳中和等不足。
[0005]中国专利技术专利CN 110965069 A“电解水生产高纯氢气和/或氧气的装置和方法”生产高纯氢气/氧氢，存在产品单一，未能达到超纯电子氢99.9999%以上纯度标准等不足。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种电解水制氢氧综合利用的装置和方法，以解决现有技术中通过电解水生产高纯氢气和/或氧气，存在产品单一、得到的电子氢纯度低的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：本专利技术提供的一种电解水制氢氧综合利用的装置，包括发电单元、电解水单元、氢气纯化单元、氧气纯化单元、氢气液化冷箱、氧氮液化冷箱以及将空气分离成氮气和氧气的空气分离单元；其中，所述发电单元的电能输出端分别与电解水单元以及空气分离单元的电能输入端相连；所述电解水单元的氢气出口端与氢气纯化单元相接；所述氢气纯化单元的纯化氢气出口端分别连接有纯化氢气管道一和纯化氢气管道二，所述纯化氢气管道一和纯化氢气管道二分别与外部的燃料氢管道和氢气液化冷箱连接；所述电解水单元的氧气出口端与氧气纯化单元相接；所述氧气纯化单元的氧气出口端分别连接有纯化氧气管道一和纯化氧气管道二，
所述纯化氧气管道一和纯化氧气管道二分别与氧氮液化冷箱和外部的气氧管道连接；所述空气分离单元的氧气出口端连接有分离氧气管道，所述分离氧气管道与纯化氧气管道一相接；所述空气分离单元的氮气出口端连接有分离氮气管道一，所述分离氮气管道一与氧氮液化冷箱连接；所述氧氮液化冷箱的LN2出口与氢气液化冷箱的入口相连，所述氢气液化冷箱的N2出口与氧氮液化冷箱入口相连。
[0008]进一步的，还包括合成氨单元，所述合成氨单元与氢气纯化单元的纯化氢气出口端通过纯化氢气管道三相接；所述空气分离单元的氮气出口端通过分离氮气管道二与合成氨单元连接。
[0009]进一步的，所述氧氮液化冷箱上设有液氧出口和液氮出口，所述液氧出口和液氮出口分别与外部的液氧管道和液氮管道连接。
[0010]进一步的，所述纯化氢气管道一、纯化氢气管道二、纯化氢气管道三上分别设有阀门一、阀门二、阀门三；所述纯化氧气管道一、纯化氧气管道二上分别设有阀门四和阀门五；所述分离氧气管道上设有阀门六；所述分离氮气管道一、分离氮气管道二上分别设有阀门七、阀门八。
[0011]进一步的，还包括控制系统；所述阀门一、阀门二、阀门三、阀门四、阀门五、阀门六、阀门七和阀门八均为电磁阀；所述控制系统分别与发电单元、电解水单元、氢气纯化单元、氧气纯化单元、氢气液化冷箱、氧氮液化冷箱、空气分离单元、合成氨单元、阀门一、阀门二、阀门三、阀门四、阀门五、阀门六、阀门七和阀门八电连接。
[0012]进一步的，所述的发电单元为水力发电装置、光伏发电装置、风力发电装置、核能发电装置、生物质发电装置、地热能发电装置、潮汐能发电装置、余热发电装置中的一种或多种组合；所述的电解水单元为碱性水电解制氢装置、质子交换膜电解水制氢装置、固体氧化物电解水制氢装置中的一种或多种组合；所述的氢气纯化单元为催化脱氧装置、变压吸附装置或膜分离装置中的一种或多种组合；所述的氧气纯化单元为催化脱氢装置、变压吸附装置或膜分离装置中的一种或多种组合；所述的氢气液化冷箱包括预冷装置、低温吸附装置、正仲氢转化装置和深冷液化装置；其中，所述预冷装置包括低温冰机预冷、低温氮气预冷中的一种或两种组合；所述深冷液化装置包括MRC制冷、氦气循环制冷、氢气循环制冷中的一种或多种组合；所述的氧氮液化冷箱包括压缩装置、预冷装置和液化装置；所述的空气分离单元为深冷分离装置、变压吸附装置或膜分离装置中的一种或多种组合；所述的合成氨单元包括压缩装置、催化合成装置、精馏装置和余热回收装置。
[0013]本专利技术提供的一种电解水制氢氧综合利用的方法，应用上述的装置进行电解水单元制氢氧综合利用，包括以下步骤：S1、发电单元为电解水单元和空气分离单元提供电能；S2、水进入电解水单元中，电解产生含少量水、氧气的氢气以及含少量水、氢气的氧气；含少量水、氧气的氢气从电解水单元的氢气出口端进入氢气纯化单元中，通过氢气纯化单元进行脱氧、脱水、加压，生产用于燃料电池或储能的燃料氢，此时阀门一开启，阀门二关闭，阀门三关闭；S3、氢气纯化单元处理后的高纯氢气，进入氢液化冷箱中进行处理，此时阀门一关闭，阀门二开启，阀门三关闭；处理过程如下：
①
氢气液化冷箱进行预冷；
②
然后采用低温吸附装置进行低温吸附，进一步除去含有的少量水和氧气；
③
接着采用正仲氢转化装置进行正仲氢转化；
④
最后经过深冷液化装置进行深冷液化工艺处理，生产超纯电子氢以及用于氢燃料电池或储能的液氢；S4、含少量水、氢气的氧气从电解水单元的氧气出口端进入氧气纯化单元中，进行脱氢、脱水，生产富氧燃烧或煤气化的气氧，此时阀门四关闭，阀门五开启；S5、空气进入空气分离单元中，分离产生氮气和氧气，氧气与氧气纯化单元处理后的高纯氧气，一起进入氧氮液化冷箱中，通过压缩装置、预冷装置和液化装置进行深冷液化处理，生产液氧和液氮，氧氮液化冷箱出口的LN2进入氢液化冷箱中，为氢气液化提供冷量；S6、氢气纯化单元出口的高纯氢气与空气分离单元出口的氮气一起进入合成氨单元中进行处理，依次经压缩装置进行加压、催化合成装置进行催化合成、精馏装置进行精馏、余热回收装置进行余热回收生产液氨，余热回收过程中产生中压蒸汽，生产的中压蒸汽为发电单元及各单元压缩工艺提供动力，生产的液氨为各制冷单元提供冷量或者作为储氢储能的载体。
[0014]进一步的，所述步骤S2中，电解水单元的操作压力为0.15MPa
‑
8.0MPa。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解水制氢氧综合利用的装置，其特征在于：包括发电单元（1）、电解水单元（2）、氢气纯化单元（3）、氧气纯化单元（4）、氢气液化冷箱（5）、氧氮液化冷箱（6）以及将空气分离成氮气和氧气的空气分离单元（7）；其中，所述发电单元（1）的电能输出端分别与电解水单元（2）以及空气分离单元（7）的电能输入端相连；所述电解水单元（2）的氢气出口端与氢气纯化单元（3）相接；所述氢气纯化单元（3）的纯化氢气出口端分别连接有纯化氢气管道一（9）和纯化氢气管道二（10），所述纯化氢气管道一（9）和纯化氢气管道二（10）分别与外部的燃料氢管道和氢气液化冷箱（5）连接；所述电解水单元（2）的氧气出口端与氧气纯化单元（4）相接；所述氧气纯化单元（4）的氧气出口端分别连接有纯化氧气管道一（12）和纯化氧气管道二（13），所述纯化氧气管道一（12）和纯化氧气管道二（13）分别与氧氮液化冷箱（6）和外部的气氧管道连接；所述空气分离单元（7）的氧气出口端连接有分离氧气管道（14），所述分离氧气管道（14）与纯化氧气管道一（12）相接；所述空气分离单元（7）的氮气出口端连接有分离氮气管道一（15），所述分离氮气管道一（15）与氧氮液化冷箱（6）连接；所述氧氮液化冷箱（6）的LN2出口与氢气液化冷箱（5）的入口相连，所述氢气液化冷箱（5）的N2出口与氧氮液化冷箱（6）入口相连。2.根据权利要求1所述的电解水制氢氧综合利用的装置，其特征在于：还包括合成氨单元（8），所述合成氨单元（8）与氢气纯化单元（3）的纯化氢气出口端通过纯化氢气管道三（11）相接；所述空气分离单元（7）的氮气出口端通过分离氮气管道二（16）与合成氨单元（8）连接。3.根据权利要求1所述的电解水制氢氧综合利用的装置，其特征在于：所述氧氮液化冷箱（6）上设有液氧出口和液氮出口，所述液氧出口和液氮出口分别与外部的液氧管道和液氮管道连接。4.根据权利要求1所述的电解水制氢氧综合利用的装置，其特征在于：所述纯化氢气管道一（9）、纯化氢气管道二（10）、纯化氢气管道三（11）上分别设有阀门一（17）、阀门二（18）、阀门三（19）；所述纯化氧气管道一（12）、纯化氧气管道二（13）上分别设有阀门四（20）和阀门五（21）；所述分离氧气管道（14）上设有阀门六（22）；所述分离氮气管道一（15）、分离氮气管道二（16）上分别设有阀门七（23）、阀门八（24）。5.根据权利要求4所述的电解水制氢氧综合利用的装置，其特征在于：还包括控制系统；所述阀门一（17）、阀门二（18）、阀门三（19）、阀门四（20）、阀门五（21）、阀门六（22）、阀门七（23）和阀门八（24）均为电磁阀；所述控制系统分别与发电单元（1）、电解水单元（2）、氢气纯化单元（3）、氧气纯化单元（4）、氢气液化冷箱（5）、氧氮液化冷箱（6）、空气分离单元（7）、合成氨单元（8）、阀门一（17）、阀门二（18）、阀门三（19）、阀门四（20）、阀门五（21）、阀门六（22）、阀门七（23）和阀门八（24）电连接。
6.根据权利要求2所述的电解水制氢氧综合利用的装置，其特征在于：所述的发电单元（1）为水力发电装置、光伏发电装置、风力发电装置、核能发电装置、生物质发电装置、地热能发电装置、潮汐能发电装置、余热发电装置中的一种或多种组合；所述的电解水单元（2）为碱性水电解制氢装置、质子交换膜电解水制氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓海，曹卫华，文向南，
申请(专利权)人：成都深冷液化设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：