一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法技术方案

本发明专利技术涉及可再生能源制氢的技术领域，特别是涉及一种快速启动碱性

【技术实现步骤摘要】
一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法


[0001]本专利技术涉及可再生能源制氢的
，特别是涉及一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法。

技术介绍

[0002]氢能不仅能够有效解决可再生能源发电弃风、弃光等现象，提高可再生能源的利用率、灵活消纳电力，还可实现跨行业耦合，将电能转化后供各类用能终端使用，为可再生能源在整个供应链上的转移提供媒介，从而建立健全绿色低碳循环发展经济体系，实现更广泛的经济脱碳。
[0003]碱性电解槽和PEM电解槽是当前主流的两类电解制氢设备，两者技术经济先进性各有千秋，往往基于一定比例来组合搭配建设、运行，这就为分批分层级预热提供了可能。
[0004]在制氢系统中，需要在启动过程中预先加热电解液，才能正常启动电解槽制氢。目前主要通过电辅热的形式加热电解液。
[0005]绿氢作为合成工业原料场景下，在传统煤制氢合成氨过程中，在压缩变换和氨合成环节有大量低品位余热可以利用；在传统天然气合成氨过程中，在高低温变换和氨合成环节有大量低品位余热可以利用；在传统煤制氢合成甲醇过程中，在合成甲醇和系统锅炉给水中大量余热可以利用。
[0006]鉴于PEM电解槽10分钟以上冷启动和碱性电解槽90分钟以上冷启动的设备特性，以及碱性电解槽不利于应对宽调节范围等限制条件，即使加入电辅热等措施，仍然无法快速将新能源电力转化产氢，导致系统整体电耗高、制氢效率低，在冷启动后一段时期无法有效利用可再生电量，从而造成了大量的电力浪费和制氢纯度不高等一系列问题。
>[0007]因此，如何在启动电解槽过程中高效、不新增耗能来预热电解液是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0008](一)解决的技术问题
[0009]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法，通过对氢下游合成氨、合成甲醇等工艺中的低品位余热回收、制氢过程中的余热再循环利用，结合热量调控策略，对PEM电解槽和不同组碱性电解槽进行预热，实现大型绿氢系统能量的高效、综合利用。
[0010](二)技术方案
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法，包括以下步骤：
[0012](1)引入余热，为所有制氢装置输入热源，用于对PEM系统进行预热；
[0013](2)预热过程如下：PEM电解槽首先进行升温，并启动PEM制氢装置，继续将全部热源供应切换至PEM系统，将PEM系统尽可能快的加热至工作温度；
[0014](3)预热过程中，陆续将热源切换至给第一组碱性电解槽预热；
[0015](4)当PEM系统达到正常稳定工作温度时，随着电解制氢逐步释放热量，陆续将热量同热源一起切换至第一组碱性电解槽预热；
[0016](5)当第一组碱性电解槽制氢系统温度升至工作温度后，第一组碱性电解槽制氢系统已完成启动，此时将余热热源全部切换至第二组碱性电解槽系统，同时第一组碱性电解槽工作产生热量，与PEM系统余热一同和余热热源切换至第二组电解槽，进一步加速第二组碱性电解槽预热，依次类推，直至全部碱性电解槽启动。
[0017]本专利技术的一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法，步骤(3)中，当PEM制氢系统开始满负荷运行时，将PEM电解槽制氢过程中所产生的热量全部转换至给第一组碱性电解槽。
[0018]本专利技术的一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法，步骤(5)中，除余热热源外，还包括PEM电解槽热量和第一组电解槽热量。
[0019]本专利技术的一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法，每组内不同电解槽之间，纯水或碱液是连通的。
[0020]本专利技术的一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法，步骤(1)中余热热源为合成氨、合成甲醇工况低品位在原工艺段中不可利用的余热。本专利技术的一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法，若碱性制氢装置电解液温度超过60℃，前段电解槽余热可用于后段电解槽的预热。一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法
[0021](三)有益效果
[0022]与现有技术相比，本专利技术提供了一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法，具备以下有益效果：本专利技术专利结合电解槽冷启动预热需求，适用于后端化工装置有余热热源可提供的各类场景，充分利用余热来对电解槽开展预热，经济有效地缩短了电解槽预热时间，提高电解槽对新能源间歇性和波动性的电
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氢转换率，显著提升能效、系统性降低制氢成本，并减少外供冷源循环水的消耗，提高绿氢产品市场竞争力等综合效果。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的结构示意图；
[0024]图2是本专利技术的调控策略逻辑示意图；
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]本专利技术针对制氢系统，采用“余热回用、分步预热、热源切换”的控制策略与方法，综合利用全系统热能，实现电解槽快速启动。
[0027]具体措施如下：
[0028]请参阅图1
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2，在环境温度为5℃的严苛工况下，通过第一换热器引入下游合成氨、
合成甲醇工况低品位余热，与除盐水换热并持续加热除盐水(保证加热后的除盐水温度持续高于50℃)，用于为所有制氢装置输入热量(考虑散热因素)进行冷启动预热。
[0029]首先对PEM电解槽预热：请参阅图1，首先开启第一阀门、第二阀门，由第一换热器流出的除盐水(＞50℃)，进入PEM电解槽进行预热，并快速启动PEM电解槽制氢工作，部分除盐水经过第二换热器、第一阀门回流至除盐水系统。除盐水与PEM电解槽换热，将PEM电解槽由环境温度(5℃)预热至40℃～50℃，使10min内PEM电解槽制氢功率即可达满负荷运行，此时PEM电解槽温度上升到70～80℃，无需再预热，根据PEM电解槽运行情况实时补充除盐水即可。
[0030]然后对第一组碱性电解槽预热：分两个路径预热。第一个路径是打开第三阀门、第七阀门，加热后的除盐水(～50℃)通过金属盘管与第一碱液搅拌器内的碱液换热，把碱液由5℃升温至30℃～40℃，换热后降温的除盐水通过第七阀门、第一阀门回流至除盐水处理系统；第二个路径是减小第七阀门开度，同时开启第六阀门、第五阀门，使进入第七阀门的除盐水分流一部分进入第二换热器，与PEM电解槽流出的除盐水(70～80℃)换热，除盐水再次被加热由第五阀门流出，与第一换热器流出的除盐水汇合，共同加热第一碱液搅拌器，使其温度从30℃～40℃快速上升至50℃。
[0031]同时，第一碱液搅拌器内加热后的碱液进入第一组碱性电解槽设备并回流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过第一换热器引入下游合成氨、合成甲醇工况低品位余热，与除盐水换热并持续加热除盐水，用于为所有制氢装置输入热量进行冷启动预热；(2)首先对PEM电解槽预热：开启第一阀门、第二阀门，由第一换热器流出的除盐水，进入PEM电解槽进行预热，并快速启动PEM电解槽制氢工作，部分除盐水经过第二换热器、第一阀门回流至除盐水系统，除盐水与PEM电解槽换热；(3)然后对第一组碱性电解槽预热，预热路径有两个；(4)依次对剩余不同碱性电解槽组进行预热。2.根据权利要求1所述的一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法，其特征在于，步骤(2)中除盐水将PEM电解槽由环境温度预热至40℃～50℃，PEM电解槽制氢功率即可达满负荷运行，此时PEM电解槽温度上升到70～80℃，无需再预热，根据PEM电解槽运行情况实时补充除盐水。3.根据权利要求2所述的一种综合利用系统热能快速启动混合电解槽制氢的方法，其特征在于，步骤(3)的两个路径包括：路径一：加热后的除盐水通过金属盘管与第一碱液搅拌器内的碱液换热，把碱液升温至30℃～40℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峻，王光春，朱晓林，朱青，李伟，周祖旭，
申请(专利权)人：中电建新能源集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：