【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种碱性电解水制氢方法及系统，特别涉及的是一种电解水制氢耦合海水淡化系统及方法。
技术介绍
1、电解水制氢作为最具发展潜力的绿氢生产技术，其中碱性电解水制氢技术相对最为成熟、成本最低，更具经济性，已被大规模应用。然而，目前已可商业应用的电解水制氢系统都以淡水作为原料，但全球淡水资源极其有限，这无疑加剧了淡水资源短缺问题。
2、虽然海水资源丰富，但由于海水中所含有的大量离子、微生物和颗粒等杂质，直接进行海水电解制氢面临着电解副产物多、催化剂易失活、隔膜易堵塞等问题，目前尚停留在技术研发与验证阶段。
3、因而，如何将海水淡化技术与碱性电解水制氢有机耦合形成一种有效的海水间接制氢技术，并适合大规模应用成为了亟需解决的问题。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种电解水制氢耦合海水淡化系统及方法，通过将负压海水淡化模块和电解水制氢有机结合，可实现利用需冷却碱液的热量将海水淡化，进而为碱性电解水制氢补给所需淡水，不仅有利于节能减排，更有利于实现大规模海水间接制氢，以期为海上可再生能源电解水制氢提供技术支撑，不仅可拓展碱性电解水制氢的使用场景，也有利于海上绿氢制备技术的推广应用。
2、为了实现上述目的，本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种电解水制氢耦合海水淡化系统，包括：碱性电解槽单元、氧分离单元、氢分离单元、氢纯化模块、碱液过滤循环模块、负压海水淡化模块和淡水补给模块，所述负压海水淡化模块用于对处于负压下的
3、进一步地，所述碱性电解槽模块中的淡水在直流电的作用下分解成氢气和氧气，碱性电解槽模块氢气出口与氢分离模块相连，作为氢气和碱液进入氢分离模块的通道；碱性电解槽模块氧气出口与氧分离模块相连，作为氧气和碱液进入氧分离模块的通道；碱性电解槽模块的碱液入口与负压海水淡化模块相连，作为被冷却后的碱液进入碱性电解槽的通道。
4、进一步地，所述氧分离模块的氧进口与碱性电解槽模块氧气出口相连，氧分离模块通过气液分离方法进行分离进入的氧气和碱液；氧分离模块的碱液出口与氢分离模块碱液出口相连，并汇成总管与碱液过滤循环模块相连，用以提供待冷却高温碱液；氧气出口延伸至安全区域排空，也可连接氧气存储模块，用以外运；所述氢分离模块的氢进口与碱性电解槽模块氢气出口相连，氢分离模块通过气液分离方法对进入的氢气和碱液进行分离；氢分离模块的氢出口与氢纯化模块相连，作为进供给较高纯度氢气的通道；氢分离模块的淡水进口与淡水补给模块相连，作为淡水补给通道，用于补充用于电解的原料淡水，同时也可辅助实现氢气洗涤冷却功能。
5、进一步地，所述氢纯化模块对进入的氢气、微量氧气和微量水，通过催化反应进行脱氧，并利用分子筛吸附原理去除水以及其他杂质，最终将氢气提纯至99.999％；氢纯化模块的氢出口连接至用户或存储模块。
6、进一步地，负压海水淡化模块的海水进口为海水供给通道；负压海水淡化模块的碱液入口与碱液过滤循环模块相连，为高温碱液进入通道；负压海水淡化模块的碱液出口与碱性电解槽模块相连，为被冷却后的碱液出口通道；负压海水淡化模块的淡水出口与淡水补给模块相连，为海水淡化后的合格淡水出口通道。
7、进一步地，所述负压海水淡化模块包括负压海水淡化装置、真空仪、真空泵、调节阀、盐度仪、调节阀、温度仪、水质检测仪和海水供给泵，所述真空仪用来监测负压海水淡化装置内的真空度，并控制真空泵用来维持负压海水淡化装置内的真空度在预设范围，海水供给泵抽取海水供给至负压海水淡化装置内的冷凝器，用以冷却水蒸气至液态淡水，然后升温后的海水一路为负压海水淡化装置内的蒸发室内补给海水，一路用以排放多余海水，盐度仪依据监测的负压海水淡化装置内的蒸发室海水盐度，对调节阀进行调控排放的浓海水流量，水质检测仪依据监测制取淡水的水质是否合格，控制合格淡水进入淡水箱，不合格淡水重回负压海水淡化装置进一步淡化，温度仪依据监测的被冷却后的碱液温度控制调节阀的开度大小，以保证碱液温度在合理范围内进入碱性电解槽模块。
8、进一步地，负压海水淡化装置包括负压海水淡化装置筒体、冷凝器、接水板、丝网分离器和换热器组成；冷凝器用海水作为冷却介质对水蒸气进行冷凝，吸热升温的海水作为碱液加热的水源；接水板用于承接冷凝水滴，并具有一定坡度；丝网分离器用于分离水蒸气中的较大液滴和杂质；换热器通过碱液作为热源，对海水进行加热，最终实现负压低温海水淡化功能。
9、本专利技术还公开了一种电解水制氢耦合海水淡化的方法，包括：
10、碱性电解槽模块内的淡水在直流电的作用下分解成氢气和份氧气；
11、碱性电解槽模块氧气出口输送氧气和碱液至氧分离模块内进行气液分离，提纯后的氧气可引至安全区域排空，也可连接氧气存储模块；
12、碱性电解槽模块氢气出口输送氢气和碱液至氢分离模块内进行气液分离，经初步提纯后的氢气和少量水进入氢纯化模块进一步进行纯化至氢含量为99.999％，然后氢最终供给至用户或存储模块；
13、碱液过滤循环模块通过抽取氧分离模块和氢分离模块中碱液，并经负压海水淡化模块冷却后，最终输送至碱性电解槽模块，完成碱液的冷却及强制循环；
14、碱液在负压海水淡化模块冷却时散发的热量用以加热负压下的海水进行沸腾蒸发产生淡水，合格的淡水进入淡水补给模块，并被输送至氢分离模块，用于补充用于电解的原料淡水，同时也可辅助实现氢气洗涤冷却。
15、本专利技术具有以下优点：1、本专利技术可直接利用需冷却的碱液加热处于负压环境下的海水，不仅碱液得到冷却，且碱液冷却时散发的热量得到利用可进行低温海水淡化，同时，负压海水淡化模块也代替了碱液冷却器及附属冷却水系统，降低了电解水制氢能耗。
16、2、本专利技术利用碱液冷却放出的热量进行负压海水淡化，并将合格的淡水作为电解水原料补充给电解槽模块，也可缓解对淡水资源的依赖，并可适合大规模应用，不仅可拓展碱性电解水制氢的使用场景，也有利于海上绿氢制备技术的推广应用。
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1.一种电解水制氢耦合海水淡化系统，其特征在于，碱性电解槽单元、氧分离单元、氢分离单元、氢纯化模块、碱液过滤循环模块、负压海水淡化模块和淡水补给模块，所述负压海水淡化模块用于对处于负压下的海水进行加热，使海水低温沸腾产生蒸汽，蒸汽除杂质并冷凝后产生淡水；所述淡水补给模块用于为碱性电解槽模块补充原料淡水；所述碱性电解槽单元中的淡水在直流电的作用下分解成氢气和氧气，氢气和碱液进入氢分离模块，氧气和碱液进入氧分离模块；碱液过滤循环模块用于实现碱性电解槽和氢分离模块、氧分离模块中的碱液强制循环；所述负压海水淡化模块的能量来源为高温碱液被冷却至电解槽所需温度散发的热量。
2.根据权利要求1所述电解水制氢耦合海水淡化系统，其特征在于，所述碱性电解槽模块中的淡水在直流电的作用下分解成氢气和氧气，碱性电解槽模块氢气出口与氢分离模块相连，作为氢气和碱液进入氢分离模块的通道；碱性电解槽模块氧气出口与氧分离模块相连，作为氧气和碱液进入氧分离模块的通道；碱性电解槽模块的碱液入口与负压海水淡化模块相连，作为被冷却后的碱液进入碱性电解槽的通道。
3.根据权利要求1所述电解水制氢耦合海
4.根据权利要求1所述电解水制氢耦合海水淡化系统，其特征在于，所述氢纯化模块对进入的氢气、微量氧气和微量水，通过催化反应进行脱氧，并利用分子筛吸附原理去除水以及其他杂质，最终将氢气提纯至99.999％；氢纯化模块的氢出口连接至用户或存储模块。
5.根据权利要求1所述电解水制氢耦合海水淡化系统，其特征在于，负压海水淡化模块的海水进口为海水供给通道；负压海水淡化模块的碱液入口与碱液过滤循环模块相连，为高温碱液进入通道；负压海水淡化模块的碱液出口与碱性电解槽模块相连，为被冷却后的碱液出口通道；负压海水淡化模块的淡水出口与淡水补给模块相连，为海水淡化后的合格淡水出口通道。
6.根据权利要求1所述电解水制氢耦合海水淡化系统，其特征在于，所述负压海水淡化模块包括负压海水淡化装置、真空仪、真空泵、调节阀、盐度仪、调节阀、温度仪、水质检测仪和海水供给泵，所述真空仪用来监测负压海水淡化装置内的真空度，并控制真空泵用来维持负压海水淡化装置内的真空度在预设范围，海水供给泵抽取海水供给至负压海水淡化装置内的冷凝器，用以冷却水蒸气至液态淡水，然后升温后的海水一路为负压海水淡化装置内的蒸发室内补给海水，一路用以排放多余海水，盐度仪依据监测的负压海水淡化装置内的蒸发室海水盐度，对调节阀进行调控排放的浓海水流量，水质检测仪依据监测制取淡水的水质是否合格，控制合格淡水进入淡水箱，不合格淡水重回负压海水淡化装置进一步淡化，温度仪依据监测的被冷却后的碱液温度控制调节阀的开度大小，以保证碱液温度在合理范围内进入碱性电解槽模块。
7.根据权利要求1所述电解水制氢耦合海水淡化系统，其特征在于，负压海水淡化装置包括负压海水淡化装置筒体、冷凝器、接水板、丝网分离器和换热器组成；冷凝器用海水作为冷却介质对水蒸气进行冷凝，吸热升温的海水作为碱液加热的水源；接水板用于承接冷凝水滴，并具有一定坡度；丝网分离器用于分离水蒸气中的较大液滴和杂质；换热器通过碱液作为热源，对海水进行加热，最终实现负压低温海水淡化功能。
8.一种电解水制氢耦合海水淡化的方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种电解水制氢耦合海水淡化系统，其特征在于，碱性电解槽单元、氧分离单元、氢分离单元、氢纯化模块、碱液过滤循环模块、负压海水淡化模块和淡水补给模块，所述负压海水淡化模块用于对处于负压下的海水进行加热，使海水低温沸腾产生蒸汽，蒸汽除杂质并冷凝后产生淡水；所述淡水补给模块用于为碱性电解槽模块补充原料淡水；所述碱性电解槽单元中的淡水在直流电的作用下分解成氢气和氧气，氢气和碱液进入氢分离模块，氧气和碱液进入氧分离模块；碱液过滤循环模块用于实现碱性电解槽和氢分离模块、氧分离模块中的碱液强制循环；所述负压海水淡化模块的能量来源为高温碱液被冷却至电解槽所需温度散发的热量。
2.根据权利要求1所述电解水制氢耦合海水淡化系统，其特征在于，所述碱性电解槽模块中的淡水在直流电的作用下分解成氢气和氧气，碱性电解槽模块氢气出口与氢分离模块相连，作为氢气和碱液进入氢分离模块的通道；碱性电解槽模块氧气出口与氧分离模块相连，作为氧气和碱液进入氧分离模块的通道；碱性电解槽模块的碱液入口与负压海水淡化模块相连，作为被冷却后的碱液进入碱性电解槽的通道。
3.根据权利要求1所述电解水制氢耦合海水淡化系统，其特征在于，所述氧分离模块的氧进口与碱性电解槽模块氧气出口相连，氧分离模块通过气液分离方法进行分离进入的氧气和碱液；氧分离模块的碱液出口与氢分离模块碱液出口相连，并汇成总管与碱液过滤循环模块相连，用以提供待冷却高温碱液；氧气出口延伸至安全区域排空，也可连接氧气存储模块，用以外运；所述氢分离模块的氢进口与碱性电解槽模块氢气出口相连，氢分离模块通过气液分离方法对进入的氢气和碱液进行分离；氢分离模块的氢出口与氢纯化模块相连，作为进供给较高纯度氢气的通道；氢分离模块的淡水进口与淡水补给模块相连，作为淡水补给通道，用于补充用于电解的原料淡水，同时也可辅助实现氢气洗涤冷却功能。
4.根据权利要求1所述电解水制氢耦合海水淡化系统，其特征在于，所述氢纯化模块对进入的氢气、微量氧气和...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓德会，朱培鑫，刘艳廷，高鹤华，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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