一种基于海水的电解制氢系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于海水的电解制氢系统及其工作方法，该系统包括正渗透装置和电解水系统；该正渗透装置具有位于正渗透膜一侧的海水进口、海水出口和位于正渗透膜另一侧的电解液进口、电解液出口；该电解水系统具有电解液进口和电解液出口；其中：该电解水系统的电解液出口与该正渗透装置的电解液进口相连，该正渗透装置的电解液出口与该电解水系统的电解液进口相连。本方案通过耦合正渗透海水淡化技术与水电解制氢技术，利用电解液作为正渗透系统的汲取液处理原料海水，以实现电解原料水的连续补充。连续补充。连续补充。

【技术实现步骤摘要】
一种基于海水的电解制氢系统及其工作方法


[0001]本专利技术属于电解制氢领域，具体地涉及一种基于海水的电解制氢系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]海水电解制氢目前有两种主要技术路线，一是对海水进行淡化和除盐处理，产生除盐水，再以此除盐水为原料电解制氢，另一种是海水直接电解制氢。
[0003]第一种技术路线通常采用海水反渗透淡化技术，工艺流程为混凝澄清过滤预处理－海水反渗透－淡水反渗透－除盐。该工艺技术路线成熟，但工艺流程长、占地面积大、能耗高，有废水排放，反渗透膜易污堵，运行维护工作量大。
[0004]第二种技术路线需要采用适宜直接在海水环境下进行电解制氢的电极材料和电极结构，海水中存在的杂质离子除了Na
+
、K
+
、Cl
‑
等一价离子外，还有数量较大的Ca
2+
、Mg
2+
、SO
42+
等二价离子，目前的电极材料和电极结构都无法避免海水中二价离子含量高对电解过程的负面影响，如电极表面易结垢、易腐蚀，影响电解槽的性能，该技术路线依赖于电解槽的电极材料、结构等的技术进步，目前还处于试验研究阶段，距离商业化应用还很遥远。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于海水的电解制氢系统及其工作方法，耦合正渗透海水淡化技术与水电解制氢技术，利用电解液作为正渗透系统的汲取液处理原料海水，以实现电解原料水的连续补充。
[0006]本专利技术所采用的技术手段如下所述：/>[0007]一种基于海水的电解制氢系统，包括正渗透装置和电解水系统；该正渗透装置具有位于正渗透膜一侧的海水进口、海水出口和位于正渗透膜另一侧的电解液进口、电解液出口；该电解水系统具有电解液进口和电解液出口；其中：
[0008]该电解水系统的电解液出口与该正渗透装置的电解液进口相连，该正渗透装置的电解液出口与该电解水系统的电解液进口相连。
[0009]作为优选，该电解水系统包括电解槽、气液分离器、电解液换热器、电解液循环泵；其中，该电解槽的电解液出口与气液分离器的电解液进口相连，该气液分离器的电解液出口与电解液换热器的电解液进口相连，该电解液换热器的电解液出口与电解液循环泵的电解液进口相连；以及该气液分离器还具有氢气出口和氧气出口。
[0010]作为优选，该电解液循环泵的电解液出口分别与正渗透装置的电解液进口和电解槽的电解液进口相连，且该电解液循环泵的电解液出口和电解槽的电解液进口之间还具有一流量调节阀。
[0011]作为优选，在电解液循环泵的电解液出口和正渗透装置的电解液进口之间还设置有一海水预热器，以及该海水预热器还具有海水入口和海水出口，该海水预热器的海水出口与正渗透装置的海水入口相连。
[0012]作为优选，该海水预热器的海水出口和正渗透装置的海水入口之间还设置有一超滤装置。
[0013]作为优选，该海水预热器的电解液出口与正渗透装置的电解液入口之间还设置有一减压阀。
[0014]作为优选，该海水预热器为间壁式换热器。
[0015]作为优选，该正渗透装置的电解液出口和电解槽的电解液入口之间还具有一电解液升压泵。
[0016]作为优选，还具有一余热回收装置，其具有原海水侧和浓海水侧，其中，该余热回收装置原海水侧的海水入口与原海水相连，余热回收装置原海水侧的海水出口与海水预热器的海水入口相连；该余热回收装置浓海水侧的海水入口与正渗透装置的海水出口相连，余热回收装置浓海水侧的海水出口与外界相连。
[0017]一种基于海水的电解制氢系统的工作方法，包括以下步骤：
[0018]S1：电解液在电解槽中发生电解，消耗水，产生氢气和氧气；
[0019]S2：电解槽中的高温电解液进入气液分离器，通过气液分离器分离出氢气和氧气后，剩余电解液进入电解液换热器；
[0020]S3：进入电解液换热器的高温电解液与冷却介质进行间壁式换热；
[0021]S4：步骤S3中降温后的电解液通过电解液循环泵分为两路，一路经流量调节阀流回至电解槽，另一路进入海水预热器；
[0022]S5：步骤S4中进入海水预热器的高温电解液与进入海水预热器的海水进行换热后，被加热的海水进入超滤装置，降温后的电解液经减压阀减压后进入正渗透装置；
[0023]S6：步骤S5中进入超滤装置海水经超滤装置过滤后进入正渗透装置；
[0024]S7：步骤S6获得的清洁海水和步骤S5获得的减压后的电解液分别进入正渗透装置的正渗透膜的两侧，海水中的水分子透过正渗透膜进入电解液，同时海水浓缩升温；
[0025]S8：步骤S7中补充水分后的电解液经电解液升压泵注入电解槽；
[0026]S9：步骤S7中升温后的浓海水进入余热回收装置对原海水进行加热，被加热后的原海水进入海水预热器，降温后的浓海水外排处置；
[0027]S10：重复步骤S1
‑
S9。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果如下：
[0029]1、将正渗透海水淡化技术与水电解制氢技术的直接耦合，利用高浓度的电解液作为正渗透系统的汲取水，大大简化了电解液制备、补充流程，并具有低能耗、低污染、低成本、低污染物排放等优点。
[0030]2、采用超滤
‑
正渗透处理工艺，直接制取淡水并补充至电解液中，制水动力为渗透压差，制水能耗远低于反渗透海水淡化工艺。
[0031]3、正渗透膜运行压力低，污染倾向低，因而清洗频率低，运行维护工作量小。
[0032]4、正渗透膜对进水水质要求比反渗透膜低，因而对预处理的要求低，工艺流程短，设备占地面积小，进而减少海上制氢平台建设成本。
[0033]5、正渗透汲取液采用高浓度的电解液
‑
氯化钠溶液，实现了海水淡化与电解液补充水过程的直接耦合，减少了中间储存环节，节省了占地面积。
[0034]6、高温电解液循环系统可根据电解槽运行负荷调节进入电解槽和海水预热器的
电解液流量，进而实现根据电解负荷自动补水。
[0035]7、浓海水的余热通过余热回收装置对原海水进行加热，最大程度的节能，同时，减少高温浓海水直接外排可能直接产生的热污染。
附图说明
[0036]图1为本专利技术基于海水的电解制氢系统的工艺流程示意图；图中实线为电解液循环路线，虚线为海水循环路线。
[0037]其中：
[0038]1电解槽；
[0039]2气液分离器；
[0040]3电解液换热器；
[0041]4电解液循环泵；
[0042]5余热回收装置；
[0043]6海水预热器；
[0044]7超滤装置；
[0045]8正渗透装置；
[0046]9电解液升压泵；
[0047]V1流量调节阀；
[0048]V2减压阀。
具体实施方式
[0049]本专利技术提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于海水的电解制氢系统，其特征在于，包括正渗透装置(8)和电解水系统；该正渗透装置(8)具有位于正渗透膜一侧的海水进口、海水出口和位于正渗透膜另一侧的电解液进口、电解液出口；该电解水系统具有电解液进口和电解液出口；其中：该电解水系统的电解液出口与该正渗透装置(8)的电解液进口相连，该正渗透装置(8)的电解液出口与该电解水系统的电解液进口相连。2.根据权利要求1所述的一种基于海水的电解制氢系统，其特征在于，该电解水系统包括电解槽(1)、气液分离器(2)、电解液换热器(3)、电解液循环泵(4)；其中，该电解槽(1)的电解液出口与气液分离器(2)的电解液进口相连，该气液分离器(2)的电解液出口与电解液换热器(3)的电解液进口相连，该电解液换热器(3)的电解液出口与电解液循环泵(4)的电解液进口相连；以及该气液分离器(2)还具有氢气出口和氧气出口。3.根据权利要求2所述的一种基于海水的电解制氢系统，其特征在于，该电解液循环泵(4)的电解液出口分别与正渗透装置(8)的电解液进口和电解槽(1)的电解液进口相连，且该电解液循环泵(4)的电解液出口和电解槽(1)的电解液进口之间还具有一流量调节阀(V1)。4.根据权利要求3所述的一种基于海水的电解制氢系统，其特征在于，在电解液循环泵(4)的电解液出口和正渗透装置(8)的电解液进口之间还设置有一海水预热器(6)，以及该海水预热器(6)还具有海水入口和海水出口，该海水预热器(6)的海水出口与正渗透装置(8)的海水入口相连。5.根据权利要求4所述的一种基于海水的电解制氢系统，其特征在于，该海水预热器(6)的海水出口和正渗透装置(8)的海水入口之间还设置有一超滤装置(7)。6.根据权利要求4所述的一种基于海水的电解制氢系统，其特征在于，该海水预热器(6)的电解液出口与正渗透装置(8)的电解液入口之间还设置有一减压阀(V2)。7.根据权利要求4所述的一种基于海水的电解制氢系统，其特征在于，该海水预热器(6)为间壁式换热器。8.根据权利要求4所述的一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：周军，涂宏，刘军梅，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：