一种电氢联产系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电氢联产系统及方法，分布式电

【技术实现步骤摘要】
一种电氢联产系统及方法


[0001]本专利技术属于清洁能源领域，涉及一种电
‑
氢联产系统及方法，具体涉及一种电氢联产系统及方法
。

技术介绍

[0002]氢能作为一种清洁能源载体，具有高质量能量密度
、
高热值和高发电效率等显著优势，是连接太阳能
、
风能等可再生能源与当今能源依赖型社会的关键媒介
。
实现氢能产业的大规模发展，关键是形成具有竞争力的完整产业链
。
氢能产业链包含上游氢气的制取
、
中游氢气的储存和运输
、
下游氢气的综合应用等多个环节
。
其中，氢气的制取是氢能产业链的首要环节，是实现氢能产业规模化发展的基础；氢气的储运是衔接制氢与用氢的关键环节，是实现氢能大规模应用的重要支撑
。
[0003]目前市场上的制氢技术主要包括化石能源制氢
、
工业副产氢和电解水制氢等
。
其中，以煤
、
石油
、
天然气等传统化石能源为原料的制氢技术路线最为成熟，也是目前氢气最主要的制取方式
。
然而，化石能源制氢过程会产生并排放大量二氧化碳，引起温室效应等一系列环境问题
。
利用煤焦化或氯碱生产等工业过程的副产物进行氢气制取，所得氢气纯度不高，且提纯工艺对设备和资金要求高
。
电解水制氢技术的发展尚不成熟，成本相对较高
。
此外，目前市场上的氢气储运技术主要包括高压气态储运
、
低温液态储运
、
有机液态储运和固态储运等
。
其中，高压气态储运技术通常采用气罐作为储氢容器并利用长管拖车进行运输，存在体积储氢密度低
、
运输效率低
、
安全性差等问题
。
低温液态储运技术通常需要在高压
、
低温条件下将氢气液化并采用液氢罐车进行运输，因此存在液化过程能耗大
、
对储氢容器要求高等问题
。
有机液态储运技术的成本高
、
能耗大，操作条件苛刻，且在脱氢催化剂的研制方面仍存在技术壁垒
。
固态储运技术主要利用碳质材料或金属氢化物进行吸附储氢，存在单位质量储氢密度低
、
技术不成熟
、
充放氢效率低等问题
。
[0004]在制氢方面，现有制氢技术存在碳排放量高
、
耗能大等问题；在储运方面，现有氢能储运环节存在工艺复杂
、
安全性低
、
成本高等问题
。
鉴于此，本专利技术提出一种电氢联产系统及方法
。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种电氢联产系统及方法，实现零碳
、
高纯
、
高效制氢同时对外发电，解决现有制氢方式存在的碳排放量高
、
耗能大的问题
。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种电氢联产系统，包括可再生能源与原料制备单元
、
钠离子直接甲酸盐燃料电池单元
、
氢能应用单元
、
电能应用单元和产物回收单元；
[0008]所述可再生能源与原料制备单元与钠离子直接甲酸盐燃料电池单元相连，可再生能源与原料制备单元包括可再生能源系统和原料制备装置，所述原料制备装置在可再生能
源系统作用下对二氧化碳进行电催化或光催化还原制备甲酸，并进一步与氢氧化钠进行中和反应制备甲酸钠；所述钠离子直接甲酸盐燃料电池单元分别与氢能应用单元
、
电能应用单元和产物回收单元相连；产物回收单元用于对钠离子直接甲酸盐燃料电池单元的产物经电解液浓缩装置
、
固液分离装置后提纯作为化工原料利用
。
[0009]进一步，所述钠离子直接甲酸盐燃料电池单元包括钠离子直接甲酸盐燃料电池堆
、
阳极电解液储罐和阴极电解液储罐；所述阳极电解液储罐出口通过控制阀和循环泵与钠离子直接甲酸盐燃料电池堆阳极入口相连，所述钠离子直接甲酸盐燃料电池堆阳极出口通过管路与阳极电解液储罐入口相连；阴极电解液储罐经管路和阀门与钠离子直接甲酸盐燃料电池堆阴极入口相连，所述钠离子直接甲酸盐燃料电池堆阴极出口通过管路与阴极电解液储罐入口相连
。
[0010]进一步，所述的钠离子直接甲酸盐燃料电池堆包括端板
、
绝缘板
、
集流板
、
阳极
、
离子交换膜
、
阴极和双极板；
[0011]所述端板与绝缘板连接，所述绝缘板与集流板连接，所述集流板与阳极或阴极连接，所述离子交换膜位于阳极和阴极之间，所述双极板位于不同单电池阳极和阴极之间
。
[0012]进一步，所述端板为钢制材料，所述绝缘板为绝缘材料，所述集流板为导电金属材料，所述阳极和阴极为多孔导电碳材料，所述离子交换膜为支持钠离子导通的离子交换膜，所述双极板为导电金属或石墨材料，所述阳极电解液采用甲酸钠与氢氧化钠的混合溶液，所述阴极电解液采用硫酸溶液
。
[0013]进一步，所述氢能应用单元包括储氢装置和氢能利用装置，所述干燥设备
、
压缩机和储氢瓶，钠离子直接甲酸盐燃料电池单元所产氢气经干燥设备
、
压缩机后灌入储氢瓶进行储存；氢能利用装置包括氢氧燃料电池系统，钠离子直接甲酸盐燃料电池单元所产氢气直接供给氢氧燃料电池系统进行发电
。
[0014]进一步，所述电能应用单元包括直流
‑
直流电流转换装置
、
直流
‑
交流电流转换装置和变压器；所述钠离子直接甲酸盐燃料电池单元和所述氢氧燃料电池系统所产生的电能经直流
‑
直流电流转换装置后可供给直流负载使用，经直流
‑
直流电流转换装置和直流
‑
交流电流转换装置后可供给交流负载使用；或者所述钠离子直接甲酸盐燃料电池单元和所述氢氧燃料电池系统所产生的电能经直流
‑
直流电流转换装置
、
直流
‑
交流电流转换装置以及变压器后接入电网使用
。
[0015]进一步，所述产物回收单元包括电解液浓缩装置和固液分离装置
。
[0016]一种以甲酸钠作为氢储运介质的分布式电
‑
氢联产方法，包括以下步骤：
[0017]步骤1：甲酸钠的制备
[0018]利用可再生能源系统产生的电能对二氧化碳进行电催化还原制备甲酸或者利用太阳能对二氧化碳进行光催化还原制备甲酸，并进一步与氢氧化钠进行中和反应制备甲酸钠；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电氢联产系统，其特征在于：包括可再生能源与原料制备单元
(1)、
钠离子直接甲酸盐燃料电池单元
(3)、
氢能应用单元
(4)、
电能应用单元
(5)
和产物回收单元
(2)
；所述可再生能源与原料制备单元
(1)
与钠离子直接甲酸盐燃料电池单元
(3)
相连，可再生能源与原料制备单元
(1)
包括可再生能源系统和原料制备装置，所述原料制备装置在可再生能源系统作用下对二氧化碳进行电催化或光催化还原制备甲酸，并进一步与氢氧化钠进行中和反应制备甲酸钠；所述钠离子直接甲酸盐燃料电池单元
(3)
分别与氢能应用单元
(4)、
电能应用单元
(5)
和产物回收单元
(2)
相连；产物回收单元
(2)
用于对钠离子直接甲酸盐燃料电池单元
(3)
的产物经电解液浓缩装置
、
固液分离装置后提纯作为化工原料利用
。2.
如权利要求1所述的电氢联产系统，其特征在于：所述钠离子直接甲酸盐燃料电池单元
(3)
包括钠离子直接甲酸盐燃料电池堆
(31)、
阳极电解液储罐
(32)
和阴极电解液储罐
(33)
；所述阳极电解液储罐
(32)
出口通过控制阀
(34)
和循环泵
(35)
与钠离子直接甲酸盐燃料电池堆
(31)
阳极入口相连，所述钠离子直接甲酸盐燃料电池堆
(31)
阳极出口通过管路与阳极电解液储罐
(32)
入口相连；阴极电解液储罐
(33)
经管路和阀门与钠离子直接甲酸盐燃料电池堆
(31)
阴极入口相连，所述钠离子直接甲酸盐燃料电池堆
(31)
阴极出口通过管路与阴极电解液储罐
(33)
入口相连
。3.
如权利要求2所述的电氢联产系统，其特征在于：所述的钠离子直接甲酸盐燃料电池堆
(31)
包括端板
(311)、
绝缘板
(312)、
集流板
(313)、
阳极
(314)、
离子交换膜
(315)、
阴极
(316)
和双极板
(317)
；所述端板
(311)
与绝缘板
(312)
连接，所述绝缘板
(312)
与集流板
(313)
连接，所述集流板
(313)
与阳极
(314)
或阴极
(316)
连接，所述离子交换膜
(315)
位于阳极
(314)
和阴极
(316)
之间，所述双极板
(317)
位于不同单电池阳极和阴极之间
。4.
如权利要求3所述的电氢联产系统，其特征在于：所述端板
(311)
为钢制材料，所述绝缘板
(312)
为绝缘材料，所述集流板
(313)
为导电金属材料，所述阳极
(314)
和阴极
(316)
为多孔导电碳材料，所述离子交换膜
(315)
为支持钠离子导通的离子交换膜，所述双极板
(317)
为导电金属或石墨材料，所述阳极电解液采用甲酸钠与氢氧化钠的混合溶液，所述阴极电解液采用硫酸溶液
。5.
如权利要求1‑4任一项所述的电氢联产系统，其特征在于：所述氢能应用单元
(4)
包括储氢装置和氢能利用装置，所述干燥设备
(41)、
压缩机
(42)
和储氢瓶
(43)
，钠离子直接甲酸盐燃料电池单元
(3)
所产氢气经干燥设备
(41)、
压缩机

【专利技术属性】
技术研发人员：李印实，郝明晟，种法政，王睿，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：