一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW-1008MW装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW

【技术实现步骤摘要】
一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW
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1008MW装置及方法


[0001]本专利技术属于海水淡化厂原水厂利用其出水实施电解水质子膜PEM绿色制氢的领域，具体涉及到各种海水淡化厂原水厂的技术改造，最大限度地利用海水淡化厂原水厂的出水，增设风光电等绿色供电源、超纯水处理装置与实施大规模、无污染电解水质子膜PEM绿色制氢的大型装置系统。

技术介绍

[0002]目前，电解水制氢在技术层面上主要分为碱性水电解(AWE)、固体聚合物PEM水电解、固体聚合物阴离子交换膜(AEM)水电解和固体氧化物(SOE)水电解这四类。其中：
[0003]碱性水电解(AWE)制氢是一项成熟的技术，投资和运行成本低。AWE是较早工业化的水电解技术，具有数十年的应用经验，其工业碱水电解槽的电解液通常采用质量分数为20％
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30％的氢氧化钾溶液，电解槽运行温度为70
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80℃，工作电流密度约为0.25A/
㎡
，产生的气体压力为0.1
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3.0MPa，总效率为62％
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82％，但存在碱液流失、腐蚀、能耗高等问题。
[0004]采用电化学装置的聚合物阴离子交换膜(AEM)，即固体聚合物阴离子交换膜水电解的研究与示范应用，在过去的几年中也有了发展。
[0005]基于高温固体氧化物(SOE)水电解制氢已在示范应用，其采用固体氧化物作为电解质材料，工作温度为800
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1000℃，制氢过程的电化学性能有显著提高，效率也很高。SOEC电解槽的电极采用非贵金属催化剂，阴极材料采用多孔金属陶瓷Ni/YSZ，阳极材料采用钙钛矿氧化物，电解液采用YSZ氧离子导体，其全陶瓷材料结构避免了材料腐蚀。但高温高湿的工作环境限制了电解槽选用稳定性高、耐久性好、抗衰减的材料，也制约了SOEC制氢技术的应用场景选择和大规模推广。
[0006]本专利技术采用的固体聚合物PEM水电解制氢技术，其在国内外产业化推广运用方面发展迅速。在中国，目前最大的PEM质子交换膜制氢项目是中石化2022年12月25日宣布的在中原油田投产的2.5MW(兆瓦)可再生电力电解水制氢项目。此项目采用的是康明斯公司的技术。在国外，英国能源储存和清洁燃料公司ITM POWER与林德集团一起，在德国LEUNA化工总厂安装并在2022年下半年投产的24MW的PEM质子膜制氢项目，是世界最大的制氢装置。
[0007]目前，PEM水电解制氢技术已在加氢站现场制氢、可再生能源电解水制氢、储能等领域得到示范应用并逐步推广。过去5年，核心部件电解槽成本已下降了40％。但是投资和运行成本高仍然是PEM水电解制氢亟待解决的主要问题，这与目前析氧、析氢电催化剂只能选用贵金属材料密切相关。其主要部件膜电极的特性和结构直接影响质子交换膜水电解槽的性能和使用寿命。为此，降低催化剂与电解槽的材料成本，特别是阴、阳极电催化剂的贵金属载量，提高电解槽的效率和寿命，是PEM水电解制氢技术发展需要解决的重点问题。
[0008]作为PEM水电解质子膜制氢的关键部件之一的电解槽，其阴极和阳极主要由金属合金组成，如镍钼合金，它分解水产生氢和氧。电解水制氢是指水分子在直流电的作用下解离生成氧气和氢气，分别从电解槽的阳极和阴极析出，从而得到氢气。传统电解水制氢槽隔膜主要由石棉组成，起到气体分离的作用。与其他电解水制氢方式不同，质子交换膜(PEM)
电解水制氢选用化学稳定性、质子传导性和气体分离性好的全氟磺酸质子交换膜代替石棉膜作为固体电解质，可有效防止电子转移，提高电解槽安全性。PEM电解槽的主要部件有质子交换膜、正负极催化层、正负极气体扩散层、正负极端板等。从里到外。其中，扩散层、催化剂层和质子交换膜构成膜电极，是整个水电解槽进行物料转移和电化学反应的主要场所。
[0009]本专利技术采用的PEM水电解制氢装置，其工作电流密度更高(＞1A/
㎝
2)，总体效率更高(74％
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87％)，氢气体积分数更高(>99.99％)，产气压力更高(3
‑
4MPa)，动态响应速度更快，能适应可再生能源发电的波动性，被认为是极具发展前景的水电解绿色制氢技术。
[0010]而上文所述的两个国内外最大PEM水电解制氢装置项目典型案例，既说明了PEM质子膜制氢的工程可行性及其在化工系统的成功应用，也说明了在PEM质子膜制氢领域，中国与国外绿色制氢工程技术方面存在的巨大差距。同时，上述两项典型案例也正好揭示出：在化工之外的其他领域、比24MW更大规模的实施PEM绿色制氢装置，在国内外都存在着可以进一步进行科技创新的拓展空间。
[0011]与所述三种水电解制氢方式相比，上文所述的PEM质子膜制氢装置的投运，以实际案例证明了PEM质子膜水电解制氢装置的工程可行性以及在化工领域的成功应用，证明了PEM质子膜制氢已经具备的实际投运的社会可操作性。
[0012]对照国内外所述两个最大PEM质子膜制氢装置的案列，可以发现，我国在该PEM质子膜制氢领域的大型制氢装置的制造、应用两方面，与国际先进的PEM制氢在设备及推广运用领域相比，存在着较大差距和空白。实施本专利技术，将填补27MW
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1008MW大功率制氢装置及其在我国各类海水淡化厂原水厂进行大功率PEM绿色制氢的空白。通过实施本专利技术，各类海水淡化厂原水厂将在提供我国低碳社会经济发展所需的高纯氢气之外，也会提高各类水厂的经济效益。

技术实现思路

[0013]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW
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1008MW装置及方法。
[0014]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0015]一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW
‑
1008MW装置及方法，其特征在于，包括海水淡化厂原水厂出水超纯水处理二级反渗透RO系统，供水1，风光电绿色供电源，电去离子EDI系统，供水2，大功率PEM电解水绿色制氢装置以及氢气冷却、除湿和液化定制系统；
[0016]所述海水淡化厂原水厂出水超纯水处理二级反渗透RO系统和电去离子EDI系统组成RO
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EDI超纯水处理系统；
[0017]海水淡化厂原水厂出水超纯水处理二级反渗透RO系统通过供水1连接电去离子EDI系统，电去离子EDI系统通过供水2连接大功率PEM电解水绿色制氢装置，大功率PEM电解水绿色制氢装置连接氢气冷却、除湿和液化定制系统；
[0018]风光电绿色供电源连接电去离子EDI系统和大功率PEM电解水绿色制氢装置。
[0019]各种海水淡化厂原水厂通过技术改造，增设风光电等绿色供电源、超纯水处理二级反渗透RO系统、大型PEM制氢装置，各种海水淡化厂原水厂可充分利用其出水，通过RO
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EDI组合技术来获得供应量足够、品质合格的高纯水(二级水)不间断提供给PEM电解槽。同时，本专利技术应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW
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1008MW装置及方法，其特征在于，包括海水淡化厂原水厂出水超纯水处理二级反渗透RO系统，供水1，风光电绿色供电源，电去离子EDI系统，供水2，大功率PEM电解水绿色制氢装置以及氢气冷却、除湿和液化定制系统；所述海水淡化厂原水厂出水超纯水处理二级反渗透RO系统和电去离子EDI系统组成RO
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EDI超纯水处理系统；海水淡化厂原水厂出水超纯水处理二级反渗透RO系统通过供水1连接电去离子EDI系统，电去离子EDI系统通过供水2连接大功率PEM电解水绿色制氢装置，大功率PEM电解水绿色制氢装置连接氢气冷却、除湿和液化定制系统；风光电绿色供电源连接电去离子EDI系统和大功率PEM电解水绿色制氢装置。2.如权利要求1所述的一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW
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1008MW装置及方法，其特征在于，所述制氢装置通过各种海水淡化厂原水厂充分利用各类水厂出水，在各类水厂内部增设超纯水处理设备环节，利用RO
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EDI组合技术来获得供应量足够、品质合格的高纯水提供给大功率PEM电解水绿色制氢装置的质子膜水电解制氢PEM电解槽；为给大功率绿色制氢装置系统的PEM电解槽连续、不间断地提供高标准、足够量的高纯水，通过增加二级反渗透加电去离子EDI系统，形成RO
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EDI集成技术及其组合技术，通过RO
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EDI系统处理，确保获得合格与足够的高纯水，以此供给27MW
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1008MW大功率PEM电解水绿色制氢装置，来实现无污染、大规模绿色制氢。3.如权利要求1或2所述的一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW
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1008MW装置及方法，其特征在于，所述海水淡化厂原水厂出水超纯水处理二级反渗透RO系统采用反渗透设备RO膜；所述制氢装置的正常运行，针对不同各类水厂水源处理的情况，RO系统设计对应的出水，即形成的供水1要求是：对应于27MW制氢需求，配置一级或二级RO反渗透，每日获得所述供水1为311.4吨，每年产供水1为11.2万吨；对应于1008MW制氢需求，配置一组或二组RO反渗透，每日获得所述供水1为11626.7吨，每年产供水1为418.5万吨。4.如权利要求3所述的一种海水淡化厂原水厂PEM制氢27MW
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1008MW装置及方法，其特征在于，所述电去离子EDI系统为匹配所述制氢装置大功率PEM电解水绿色制氢装置的设计，针对大功率PEM电解水绿色制氢装置对高纯...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜锦根，
申请(专利权)人：上海丝竺投资有限公司，
类型：发明
国别省市：