电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法技术

本发明专利技术公开了一种电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法，其包括以下步骤：S1电解锌氨溶液制氮气，利用风光绿电电解锌氨溶液生成氮气，并析出锌单质；S2：制氢气，将S1得到的锌单质与氨水混合，得到氢气后进行存储。优点：制氮气过程为电解锌氨溶液析出锌单质和氮气，电解过程中不会产生氢气和氧气等易爆气体，且产生的气体直接排出槽体，不存在压力不均衡的问题，从根本上杜绝了风光绿电波动引起的爆炸问题，因此，本方法可与风光绿电的波动性贴合，具备更高的适用性，且安全性较高；电解锌氨溶液制氮气和制氢气均在常温常压下即可实施，与绿电随机性、波动性高度贴合，能够实现快速启停，满足绿电储能的需要。满足绿电储能的需要。

【技术实现步骤摘要】
电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法

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[0001]本专利技术涉及氢储能
，具体地说涉及一种电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法。

技术介绍
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[0002]近年来，风电、光伏发电等新能源快速发展，大量波动性电源并网对电力系统的大规模存储提出挑战。电解水制氢是大规模风光绿电储能的可选方案之一，目前的电解水制氢技术主要分为碱水制氢(AWE)、质子交换膜纯水电解制氢(PEM)、固体聚合物阴离子交换膜水电解(AEM)、固体氧化物水电解(SOE)4类。
[0003]质子交换膜制氢(PEM)具有气体纯度高、质子膜传导能力优异的优势，但电解过程中的阳极腐蚀问题、高活性耐腐蚀的催化剂制备问题及PEM膜价格高等问题，限制了PEM电解技术的推广。
[0004]固体聚合物阴离子交换膜水电解(AEM)属于固体聚合物电解质水电解的一个分支，该技术的核心是开发出耐碱稳定性好、氢氧根传导优异、机械强度高并满足经济性要求的阴离子交换膜，该技术尚处在示范研究阶段。
[0005]固体氧化物水电解(SOE)技术适用于大规模储能电站，但该技术存在工作温度高(>＝800℃)、起停不便问题，与绿电的随机性贴合度不高。
[0006]碱水电解(AWE)是产业化发展时间最长、现阶段技术最为成熟的电解制氢技术，其以氢氧化钾(KOH)水溶液为电解质，以石棉膜为隔膜，通电将水分子进行电解得到氢气和氧气。碱水电解槽是碱水电解技术所需的核心装备，主要由槽体、阳极、阴极、隔膜等组成。但是碱水制氢存在以下问题：1、碱水制氢无需贵金属做催化剂，电解槽设备成熟，但该技术必须时刻保持电解池的阳极和阴极两侧压力均衡，风光发电电流波动较大，容易造成交换膜两侧气体压力不均衡，致使氢氧气体穿过交换膜混合，进而引起爆炸；2、碱性电解槽的内部温度需要达到70
‑
90℃才能进行电解水制氢，因此在启动之前需要先升温，难以实现快速启停，制氢速度难以快速调节，因此不适合风光等波动性绿电；3、碱性电解质(如KOH)会与空气中的CO2反应，形成不溶于水的碳酸盐，进而阻塞多孔催化层，阻碍产物和反应物的传质，大大降低电解槽的性能。

技术实现思路
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[0007]本专利技术的目的在于提供一种与绿电随机性、波动性高度贴合的电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法。
[0008]本专利技术由如下技术方案实施：电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法，其包括以下步骤：
[0009]S1：电解锌氨溶液制氮气
[0010]利用风光绿电电解锌氨溶液生成氮气，并析出锌单质；
[0011]S2：制氢气
[0012]将S1得到的锌单质与氨水混合，得到氢气后进行存储。
[0013]进一步的，S1的具体过程为：
[0014]S1
‑
1：将锌氨溶液作为电解液加入到锌电解槽中；
[0015]S1
‑
2：风光绿电经DC/DC变换器接入锌电解槽的供电线路，风光绿电功率大于锌电解槽启动功率，即可启动锌电解槽，对电解液进行电解析出锌单质，电解产生的氮气和氨气的混合气从锌电解槽的顶部排气口排出；
[0016]S1
‑
3:电解过程中，当排气口没有气体排出，则切断风光绿电的输入，电解锌氨溶液制氮气过程结束。
[0017]进一步的，S1
‑
2的过程中，监测锌电解槽内电解液的PH值，当pH值大于10，则将锌电解槽内的电解液抽出，同时补入锌氨溶液。
[0018]进一步的，S1
‑
2的过程中，锌电解槽排出的混合气先送入水洗罐除氨后获得氮气，经过水洗罐排出的氮气存储至氮气储罐；水洗罐内的水吸收氨气后以氨水为主，可用作S2所需的氨水。
[0019]进一步的，S1过程中，控制锌电解槽内电解液的温度维持在40
‑
50℃。
[0020]进一步的，S1
‑
2的过程中，实时监测锌电解槽的输入电流，计算出锌电解槽的实时电流密度，若实时电流密度低于锌电解槽的额定电流密度的下限，则切断风光绿电的接入；若实时电流密度高于锌电解槽的额定电流密度的上限，则将超出电流并入至多个锌电解槽。
[0021]进一步的，S1的过程中，锌电解槽排出的溶液以及储能结束后锌电解槽内剩余的溶液均以氨水为主，可用作S2所需的氨水。
[0022]进一步的，S2的具体过程为：
[0023]S2
‑
1：将S1析出的锌单质置于反应槽中，并加入氨水，氨水和锌单质在常温下反应释放出氢气；
[0024]S2
‑
2：将S2
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1排出的氢气先送入水洗罐除氨、脱水后，存储至氢气储罐；
[0025]S2
‑
3：待反应槽内的锌全部溶解，则制氢气过程结束。
[0026]进一步的，S2
‑
1的过程中，监测反应槽内电解液的PH值，当PH值小于8，则将反应槽内的电解液抽出，同时补入氨水。
[0027]进一步的，S2的过程中，反应槽排出的溶液以及释能结束后反应槽内剩余的溶液均是以锌氨溶液为主，用作S1所需的锌氨溶液。
[0028]本专利技术的优点：
[0029](1)电解锌氨溶液制氢气储能方法，包括电解锌氨溶液制氮气和制氢气两部分，制氮气过程为电解锌氨溶液析出锌单质和氮气，电解过程中不会产生氢气和氧气等易爆气体，且产生的气体直接排出槽体，不存在压力不均衡的问题，从根本上杜绝了风光绿电波动引起的爆炸问题，因此，本方法可与风光绿电的波动性贴合，具备更高的适用性，且安全性较高；
[0030](2)电解锌氨溶液制氮气和制氢气均在常温常压下即可实施，与绿电随机性、波动性高度贴合，能够实现快速启停，满足绿电储能的需要；
[0031](3)整个过程不涉及强酸/强碱溶液，设备造价低，寿命长，过程无需催化剂，仅需定期补充液氨即可，运行维护简单经济；
[0032](4)绿电能量以氮气、固态锌形式存储，具有存储条件简单、危险性小等优点，解决了氢存储难题；
[0033](5)方案使用的锌金属，储量大，价格低，具备开展大规模绿电储能制氢的资源条件；且反应过程中析出的锌单质和释放的氨气均可重复使用，原材料成本低。
具体实施方式：
[0034]电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法，其包括以下步骤：
[0035]S1：电解锌氨溶液制氮气
[0036]利用风光绿电电解锌氨溶液生成氮气，并析出锌单质；
[0037]S1的具体过程为：
[0038]S1
‑
1：将锌氨溶液作为电解液加入到锌电解槽中；
[0039]设计锌电解槽：锌电解槽的额定功率0.99MW、额定电压900V、额定直流电流1100A、调节范围144KW
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1MW，阳极采用涂钌钛阳极，阴极采用石墨阴极，单个锌电解槽的异极距3.7cm，极间电压3.6V。共设置250组锌电解槽，最大储能容量165kWh。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1：电解锌氨溶液制氮气利用风光绿电电解锌氨溶液生成氮气，并析出锌单质；S2：制氢气将S1得到的锌单质与氨水混合，得到氢气后进行存储。2.根据权利要求1所述的电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法，其特征在于，S1的具体过程为：S1
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1：将锌氨溶液作为电解液加入到锌电解槽中；S1
‑
2：风光绿电经DC/DC变换器接入锌电解槽的供电线路，风光绿电功率大于锌电解槽启动功率，即可启动锌电解槽，对电解液进行电解析出锌单质，电解产生的氮气和氨气的混合气从锌电解槽的顶部排气口排出；S1
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3:电解过程中，当排气口没有气体排出，则切断风光绿电的输入，电解锌氨溶液制氮气过程结束。3.根据权利要求2所述的电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法，其特征在于，S1
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2的过程中，监测锌电解槽内电解液的pH值，当pH值大于10，则将锌电解槽内的电解液抽出，同时补入锌氨溶液。4.根据权利要求2所述的电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法，其特征在于，S1
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2的过程中，锌电解槽排出的混合气先送入水洗罐除氨后获得氮气，经过水洗罐排出的氮气存储至氮气储罐；水洗罐内的水吸收氨气后以氨水为主，可用作S2所需的氨水。5.根据权利要求2所述的电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法，其特征在于，S1过程中，控制锌电解槽内电解液的温度维持在40
‑
50℃。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，
申请(专利权)人：杨涛，
类型：发明
国别省市：