一种热量充分利用的高温电解水制氢系统及其制氢方法技术方案

本发明专利技术公开了一种热量充分利用的高温电解水制氢系统，包括电解槽，电解槽连接有氢气气液分离器和氧气气液分离器，氢气气液分离器和氧气气液分离器内设置有热量回收器，及连续的管道、泵、阀门，热量回收器设置有补充水进口和补充水出口，补充水出口与电解槽连接，补充水由补充水进口进入热量回收器后，经补充水出口进入电解槽内，热量回收器用于补充水与氢气进行热交换。本发明专利技术公开的制氢方法，所述电解槽工作温度为221

【技术实现步骤摘要】
一种热量充分利用的高温电解水制氢系统及其制氢方法


[0001]本专利技术涉及电解水制氢
，具体涉及一种热量充分利用的高温电解水制氢系统及其制氢方法。

技术介绍

[0002]氢气作为重要的二次能源，是构建以清洁能源为主的综合能源供给系统的重要载体，开发利用氢能已成为能源技术发展的重要战略方向。目前氢气广泛应用于石油加工、合成氨、金属冶炼，以及氢燃料电池和氢能汽车等众多领域。氢气主要来源于天然气工业，石油化工业和煤气化工业，这些工业技术的制氢过程会产生大量的CO2，与低碳产业的理念不相符合。
[0003]电解水制氢技术的产物是氢气和氧气，符合低碳产业的理念，属于可再生过程，是实现氢能与电能之间高效转化的重要手段，同时也有望成为风力、光伏发电的重要调节手段。在质子交换膜水电解制氢(PEM)，阴离子交换膜水电解制氢(AEM)和固体氧化物水电解制氢(SOEC)等各种电解制氢的技术中，碱性电解水制氢(ALK)技术因其研究较早，成本低廉，是最为成熟，也是最具规模化的一种，其中高温碱性电解水制氢系统开始得到初步研究和应用。
[0004]高温碱性电解水制氢系统的工作温度即电解液温度是制氢的核心过程，电解过程中随着工作温度的升高，电解电压即理论分解电压、催化剂过电压和其他电阻电压之和会得到明显降低，从而降低电解过程产生的能耗，提高电解效率。
[0005]如公开号CN 114481158 A公开的一种高温碱性电解水制氢系统及其方法，其包括电解液供应装置、电解槽和气体分离系统，电解槽为压滤式结构电解槽；电解槽与电解液供应装置之间连接有热源装置，以加热电解液。该制氢系统的工作压力和工作温度分别是1
‑
4MPa和95
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220℃，工作温度由电解装置与电解液供应装置之间连接的热源装置来提供，加热装置对电解液进行加热。
[0006]但是该热源装置突兀于整个制氢系统，增加了系统的制备成本和占地面积，同时也受限于电解装置的位置，制氢系统用户端无法做到便携转移和安装。
[0007]除此之外，高温电解装置在电解过程中可以产生大量的热，如果忽略这部分热量的有效利用，而使用外热源装置，一方面外热源装置在加热过程中存在大量热的损失，另一方面也增加了整个制氢系统的能耗。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种热量充分利用的高温电解水制氢系统，通过氢气、氧气热量回收器对补充水进行热交换，回收氢气、氧气热量，可减少电解过程的热量损失。此外，制氢系统的保温层，可进一步减少电解过程的热量损失，以及整个制氢系统的能耗和电解效率。本专利技术系统结构和制备工艺简单，适于大规模工业化应用。本专利技术还提供一种制氢方法，通过提高电解槽电解液的工作温度，达到221
‑
350℃，实现更高制氢效率，降低能耗。
[0009]为了达到上述技术目的，本专利技术的技术方案是：
[0010]一种热量充分利用的高温电解水制氢系统，包括电解槽，所述电解槽连接有氢气气液分离器和氧气气液分离器，所述氢气气液分离器内设置有氢气热量回收器，所述氢气热量回收器设置有第一补充水进口和第一补充水出口，所述第一补充水出口与电解槽连接，补充水由第一补充水进口进入氢气热量回收器后，经第一补充水出口进入电解槽内，所述氢气热量回收器用于补充水与氢气进行热交换；
[0011]所述氧气气液分离器内设置有氧气热量回收器，所述氧气热量回收器设置有第二补充水进口和第二补充水出口，所述第二补充水出口与电解槽连接，补充水由第二补充水进口进入氧气热量回收器后，经第二补充水出口进入电解槽内，所述氧气热量回收器用于补充水与氧气进行热交换。
[0012]所述氢气热量回收器位于氢气气液分离器的氢气出口处，所述氧气热量回收器位于氧气气液分离器的氧气出口处。
[0013]所述氢气热量回收器和氧气热量回收器为管壳式回收器或水、气直接热量回收器。
[0014]所述电解槽和/或氢气气液分离器和/或氧气气液分离器设有保温层。
[0015]所述保温层为电伴热带。
[0016]所述电解槽的阴极由双极板和金属丝网或泡沫镍板阴极组成，电解槽的阳极由双极板和金属丝网或泡沫镍板阳极组成；且阴极一侧与阳极一侧以渗透隔膜进行隔离，同时使用垫片对电解槽进行密封。
[0017]所述渗透隔膜由有机高分子材料、无机材料或复合材料制成。
[0018]所述密封垫片由有机高分子材料或复合材料制成。
[0019]所述有机高分子材料为聚苯硫醚和聚四氟乙烯中的一种或两种。
[0020]所述无机材料为硅酸镁、氧化铝、氧化铁、氧化锆和氧化钙中的一种或多种。
[0021]所述复合材料为有机或无机材料经表面改性复合而成。
[0022]所述有机高分子材料为聚四氟乙烯、聚碳酸酯和聚醚砜中的一种或两种。
[0023]所述复合材料为有机高分子材料经表面改性复合而成。
[0024]本专利技术还提供一种基于上述一种热量充分利用的高温电解水制氢系统的制氢方法，所述电解槽工作温度为221℃
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350℃。
[0025]本专利技术制氢方法通过提高电解槽电解液的工作温度，达到221
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350℃，实现更高制氢效率，降低能耗。本专利技术制氢系统通过氢气、氧气热量回收器对补充水进行热交换，回收氢气、氧气热量，可减少电解过程的热量损失。本专利技术还对电解槽、氢气气液分离器和氧气气液分离器进行保温，减少电解过程的热量损失，以及整个制氢系统的能耗，进一步提升电解效率。
[0026]本专利技术摒弃了以往高温电解制氢系统中电解装置与电解液供应装置之间的热源装置，有效解决了热源装置增加了占地面积和制备成本、无法便携转移和安装的问题。本专利技术系统结构和制备工艺简单，适于大规模工业化应用。
附图说明
[0027]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0028]图1为本专利技术制氢系统结构示意图。
[0029]图2为本专利技术电伴热带布置结构示意图。
具体实施方式
[0030]如图1
‑
2所示，一种热量充分利用的高温电解水制氢系统，包括电解槽1，所述电解槽1连接有氢气气液分离器5和氧气气液分离器4，所述氢气气液分离器5内设置有氢气热量回收器7，所述氢气热量回收器7位于氢气气液分离器5的氢气出口处，所述氢气热量回收器7设置有第一补充水进口71和第一补充水出口72，所述第一补充水出口72与电解槽1连接，补充水由第一补充水进口71进入氢气热量回收器7后，经第一补充水出口72进入电解槽1内，所述氢气热量回收器7用于补充水与氢气进行热交换；
[0031]所述氧气气液分离器4内设置有氧气热量回收器6，所述氧气热量回收器6位于氧气气液分离器4的氧气出口处，所述氧气热量回收器6设置有第二补充水进口61和第二补充水出口62，所述第二补充水出口62与电解槽1连接，补充水由第二补充水进口61进入氧气热量回收器6后，经第二补充水出口62进入电解槽1内，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热量充分利用的高温电解水制氢系统，包括电解槽，所述电解槽连接有氢气气液分离器和氧气气液分离器，其特征在于：所述氢气气液分离器内设置有氢气热量回收器，所述氢气热量回收器设置有第一补充水进口和第一补充水出口，所述第一补充水出口与电解槽连接，补充水由第一补充水进口进入氢气热量回收器后，经第一补充水出口进入电解槽内，所述氢气热量回收器用于补充水与氢气进行热交换；所述氧气气液分离器内设置有氧气热量回收器，所述氧气热量回收器设置有第二补充水进口和第二补充水出口，所述第二补充水出口与电解槽连接，补充水由第二补充水进口进入氧气热量回收器后，经第二补充水出口进入电解槽内，所述氧气热量回收器用于补充水与氧气进行热交换。2.根据权利要求书1所述的一种热量充分利用的高温电解水制氢系统，其特征在于：所述氢气热量回收器位于氢气气液分离器的氢气出口处，所述氧气热量回收器位于氧气气液分离器的氧气出口处。3.根据权利要求书1所述的一种热量充分利用的高温电解水制氢系统，其特征在于：所述氢气热量回收器和氧气热量回收器为管壳式回收器或水、气直接热量回收器。4.根据权利要求书1所述的一种热量充分利用的高温电解水制氢系统，其特征在于：所述电解槽和/或氢气气液分离器和/或氧气气液分离器设有保温层。5.根据权利要求书4所述的一种热量充分利用的高温电解水制氢系统，其特征在于：所述保温层为电伴热带。6.根据权利要求1所述的一种热量充分利用的高温电解水制氢系统，其特征在于：所述电解槽的阴极由双极...

【专利技术属性】
技术研发人员：江荣方，刘桂林，张羽，王法根，曾雅梅，
申请(专利权)人：江苏双良新能源装备有限公司，
类型：发明
国别省市：