纯水电解制氢系统技术方案

本发明专利技术提供一种纯水电解制氢系统，包括纯水水箱、外部循环泵、换热器、外部过滤装置、内循环过滤系统和压差式PEM电解槽；外部过滤装置包括第一抛光混床树脂罐和第一精密过滤器，第一抛光混床树脂罐的出口与第一精密过滤器的入口连通，第一精密过滤器的出口与内循环过滤系统的入口连通，内循环过滤系统的出口与压差式PEM电解槽的纯水入口连通；内循环过滤系统包括内循环缓存水箱、内部循环泵、第二抛光混床树脂罐和第二精密过滤器。该纯水电解制氢系统能够减小因外部空气污染、温度升高、膜电极表层催化剂脱落等导致的纯水电阻率低的问题，从而延长压差式PEM电解槽的使用寿命，减少纯水的浪费。纯水的浪费。纯水的浪费。

【技术实现步骤摘要】
纯水电解制氢系统


[0001]本专利技术涉及电解制氢
，尤其是涉及一种纯水电解制氢系统。

技术介绍

[0002]氢气作为传统化石能源的替代品，近几年被国家大力推广及支持。电解产绿氢技术被广泛提及，国内外众多企业已布局电解制氢产业。相较于成熟的碱法制氢技术(ALK)，PEM(质子交换膜)电解制氢技术因其电解纯水无污染、能适应可再生能源电力波动性、产氢纯度大于99.999％、占地面积小等优势，被广泛应用于发电厂、电子厂、运输行业、燃料电池以及新能源替代领域。
[0003]PEM电解槽的电解液为纯水，PEM电解技术主要利用纯水中的氢离子，使其穿过质子交换膜与电子结合成为氢原子，氢原子相互结合形成氢分子而最终得到氢气。PEM电解制氢技术的核心部件PEM电解槽(PEM膜电极)为差压式设计，出氢一侧为高压(≥3MPa)，出氧一侧为常压，PEM膜电极两侧压差达30倍以上。PEM电解槽差压式设计优势在于产氢纯度有保障，能达到99.999％以上，但是差压作用导致氢气容易渗透至氧气一侧，导致氧中氢含量增加，容易产生爆炸危险(氢气在氧中的爆炸范围为4％
‑
93％)。大多数PEM制氢装置选用低渗透型膜电极制备氢气，为解决氢气渗透造成的危险，必须采用风机将空气抽入气液分离器(纯水水箱)将氢气稀释排出，而风机将空气抽入纯水水箱会导致纯水的电阻率急速下滑。此外，在纯水循环过程中，温度升高也会导致纯水电阻率下降，而且，膜电极表层的催化剂在长时间运行中被冲刷下也会污染纯水水质，导致纯水电阻率下降，这使得PEM制氢装置正常工作时纯水的电阻率长期保持在1MΩ
·
cm左右，甚至低于1MΩ
·
cm(而PEM制氢装置一般要求纯水的电阻率大于10MΩ
·
cm)。以上影响因素排序由高到低为空气污染＞温度升高＞催化剂脱落。
[0004]纯水电阻率低的问题短时间内不会影响电解槽的性能，而长期运行势必会加速电解槽寿命的衰减，而电解槽的成本占系统的70％以上，故更换解槽的成本较大。针对纯水电阻率低的问题，部分厂家采取的解决方案是一直保持排水状态，使得新的纯水源源不断地进入纯水水箱以保持高的电阻率值，这使得纯水浪费严重，无法应用于实际生产项目。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种纯水电解制氢系统，其能够减小因外部空气污染、温度升高、膜电极表层催化剂脱落等导致的纯水电阻率低的问题，从而延长压差式PEM电解槽的使用寿命，减少纯水的浪费。
[0006]本专利技术提供一种纯水电解制氢系统，包括纯水水箱、外部循环泵、换热器、外部过滤装置、内循环过滤系统和压差式PEM电解槽；
[0007]所述纯水水箱的出口与所述外部循环泵的入口连通，所述外部循环泵的出口与所述换热器的入口连通；所述外部过滤装置包括第一抛光混床树脂罐和第一精密过滤器，所述换热器的出口与所述第一抛光混床树脂罐的入口连通，所述第一抛光混床树脂罐的出口
与所述第一精密过滤器的入口连通，所述第一精密过滤器的出口与所述内循环过滤系统的入口连通，所述内循环过滤系统的出口与所述压差式PEM电解槽的纯水入口连通，所述压差式PEM电解槽的循环水出口与所述纯水水箱的入口连通；
[0008]所述内循环过滤系统包括内循环缓存水箱、内部循环泵、第二抛光混床树脂罐和第二精密过滤器，所述内循环缓存水箱的出口与所述内部循环泵的入口连通，所述内部循环泵的出口分为两路，一路出口与所述压差式PEM电解槽的纯水入口连通，另一路出口与所述第二抛光混床树脂罐的入口连通，所述第二抛光混床树脂罐的出口与所述第二精密过滤器的入口连通，所述第二精密过滤器的出口与所述内循环缓存水箱的入口连通；所述第一精密过滤器的出口与所述内循环缓存水箱的入口或所述第二抛光混床树脂罐的入口连通。
[0009]其中，纯水水箱用于储存纯水，并将来自压差式PEM电解槽的氧气和纯水分离，使得纯水能够循环利用。换热器用于降低纯水水箱中纯水的温度，以使纯水的温度满足压差式PEM电解槽的进水温度。内循环缓存水箱用于储存净化后的纯水。压差式PEM电解槽用于电解纯水产生氢气和氧气，电解产生的氧气和未电解的纯水一同回到纯水水箱内；
[0010]外部过滤装置中的第一抛光混床树脂罐内设有抛光树脂，用于将纯水水箱中纯水的水质净化以提高电阻率，第一精密过滤器用于拦截催化剂脱落、系统其他设备污染、大气污染或抛光树脂罐树脂脱落等0.01um以上的颗粒；外部过滤装置能够将纯水的电阻率从小于1MΩ
·
cm提升至大于5MΩ
·
cm；
[0011]内循环过滤系统中的第二抛光混床树脂罐内设有抛光树脂，用于将外部过滤装置过滤后的纯水或内循环缓存水箱中的纯水再次净化以提高电阻率，第二精密过滤器再次去除抛光树脂罐树脂脱落等0.01um以上的颗粒；经过第二抛光混床树脂罐和第二精密过滤器处理后的纯水电阻率大于18MΩ
·
cm。同时，内循环缓存水箱为封闭水箱，能够解决纯水进入压差式PEM电解槽前与空气接触而降低电阻率的问题，同时内循环缓存水箱还能够平衡进入压差式PEM电解槽前纯水的水压和流量，避免纯水通过净化器后直接进入压差式PEM电解槽的水压波动造成的电解槽产氢效率下降。
[0012]进一步地，所述外部过滤装置包括至少两个所述第一抛光混床树脂罐，至少两个所述第一抛光混床树脂罐并联设置，至少两个所述第一抛光混床树脂罐的入口并联后与所述换热器的出口连通，至少两个所述第一抛光混床树脂罐的出口并联后与所述第一精密过滤器的入口连通。
[0013]进一步地，所述内循环过滤系统包括至少两个所述第二抛光混床树脂罐，至少两个所述第二抛光混床树脂罐并联设置，至少两个所述第二抛光混床树脂罐的入口并联后与所述内部循环泵的出口连通，至少两个所述第二抛光混床树脂罐的出口并联后与所述第二精密过滤器的入口连通。
[0014]进一步地，所述纯水水箱上设有第一电阻率仪，所述第一电阻率仪用于检测所述纯水水箱内纯水的电阻率。当第一电阻率仪检测到纯水水箱内纯水的电阻率不达标时，纯水电解制氢系统发出相应的报警信息；当第一电阻率仪检测到纯水水箱内纯水的电阻率不达标且低于下限值时，纯水电解制氢系统停机并提示需要更换抛光混床树脂罐(第一抛光混床树脂罐)。
[0015]进一步地，所述内循环缓存水箱上设有第二电阻率仪，所述第二电阻率仪用于检测所述内循环缓存水箱内纯水的电阻率，其设定的水质标达电阻率值高于第一电阻率仪设
定的水质标达电阻率值。当第二电阻率仪检测到内循环缓存水箱内纯水的电阻率不达标时，纯水电解制氢系统发出相应的报警信息；当第二电阻率仪检测到内循环缓存水箱内纯水的电阻率不达标且低于下限值时，纯水电解制氢系统停机并提示需要更换抛光混床树脂罐(第二抛光混床树脂罐)。
[0016]进一步地，所述纯水电解制氢系统还包括第一过滤器和第二过滤器，所述第一过滤器设置于所述外部循环泵的出口与所述换热器的入口之间的管路上，所述第二过滤器设置于所述内部循环泵的出口与所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纯水电解制氢系统，其特征在于，包括纯水水箱(1)、外部循环泵(2)、换热器(3)、外部过滤装置(4)、内循环过滤系统(5)和压差式PEM电解槽(6)；所述纯水水箱(1)的出口与所述外部循环泵(2)的入口连通，所述外部循环泵(2)的出口与所述换热器(3)的入口连通；所述外部过滤装置(4)包括第一抛光混床树脂罐(41)和第一精密过滤器(42)，所述换热器(3)的出口与所述第一抛光混床树脂罐(41)的入口连通，所述第一抛光混床树脂罐(41)的出口与所述第一精密过滤器(42)的入口连通，所述第一精密过滤器(42)的出口与所述内循环过滤系统(5)的入口连通，所述内循环过滤系统(5)的出口与所述压差式PEM电解槽(6)的纯水入口连通，所述压差式PEM电解槽(6)的循环水出口与所述纯水水箱(1)的入口连通；所述内循环过滤系统(5)包括内循环缓存水箱(51)、内部循环泵(52)、第二抛光混床树脂罐(53)和第二精密过滤器(54)，所述内循环缓存水箱(51)的出口与所述内部循环泵(52)的入口连通，所述内部循环泵(52)的出口分为两路，一路出口与所述压差式PEM电解槽(6)的纯水入口连通，另一路出口与所述第二抛光混床树脂罐(53)的入口连通，所述第二抛光混床树脂罐(53)的出口与所述第二精密过滤器(54)的入口连通，所述第二精密过滤器(54)的出口与所述内循环缓存水箱(51)的入口连通；所述第一精密过滤器(42)的出口与所述内循环缓存水箱(51)的入口或所述第二抛光混床树脂罐(53)的入口连通。2.如权利要求1所述的纯水电解制氢系统，其特征在于，所述外部过滤装置(4)包括至少两个所述第一抛光混床树脂罐(41)，至少两个所述第一抛光混床树脂罐(41)并联设置，至少两个所述第一抛光混床树脂罐(41)的入口并联后与所述换热器(3)的出口连通，至少两个所述第一抛光混床树脂罐(41)的出口并联后与所述第一精密过滤器(42)的入口连通。3.如权利要求1所述的纯水电解制氢系统，其特征在于，所述内循环过滤系统(5)包括至少两个所述第二抛光混床树脂罐(53)，至少两个所述第二抛光混床树脂罐(53)并联设置，至少两个所述第二抛光混床树脂罐(53)的入口并联后与所述内部循环泵(52)的出口连通，至少两个所述第二抛光混床树脂罐(53)的出口并联后与所述第二精密过滤器(54)的入口连通。4.如权利要求1所述的纯水电解制氢系统，其特征在于，所述纯水水箱(1)上设有第一电阻率仪(11)，所述第一电阻率仪(11)用于检测所述纯水水箱(1)内纯水的电阻率；所述内循环缓存水箱(51)上设有第二电阻率仪(511)，所述第二电阻率仪(511)用于检测所述内循环缓存水箱(51)内纯水的电阻率。5.如权利要求1所述的纯水电解制氢系统，其特征在于，所述纯水电解制氢系统还包括第一过滤器(71)和第二过滤器(72)，所述第一过滤器(71)设置于所述外部循环泵(2)的出口与所述换热器(3)的入口之间的管路上，所述第二过滤器(72)设置于所述内部循环泵(52)的出口与所述压差式PEM电解槽(6)的纯水入口之间的管路上。6.如权利要求1所述的纯水电解制氢系统，其特征在于，所述纯水电解制氢系统还包括补水管路(81)，所述补水管路(81)与所述内循环缓存水箱(51)的入口连通，所述补水管路(81)上设有进水阀(811)。7.如权利要求6所述的纯水电解制氢系统，其特征在于，所述纯水电解制氢系统还包括第一排水管路(82)和第二排水管路(83)，所述第一排水管路...

【专利技术属性】
技术研发人员：张显峰，徐凤麒，王廷勇，李训周，唐乾，卢晓伟，
申请(专利权)人：厦门双瑞海洋环境工程有限公司，
类型：发明
国别省市：